Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA **************** TRẦN HOÀNG GIANG GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60580211 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: Cán hướng dẫn: TS ĐỖ THANH HẢI Cán chấm nhận xét 1: GS.TS Trần Thị Thanh Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Mạnh Tuấn Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa Tp H Chí Minh, ngày 09 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: 1/ Chủ tịch hội đồng : PGS.TS Bùi Trường Sơn 2/ Thư ký hội đồng : TS Lê Văn Pha 3/ Ủy viên phản biện 1: GS.TS Trần Thị Thanh 4/ Ủy viên phản biện 2: TS Nguyễn Mạnh Tuấn 5/ Ủy viên hội đồng : PGS.TS Võ Phán CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN HOÀNG GIANG MSHV: 1570703 Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1989 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60580211 I TÊN ĐỀ TÀI: GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nghiên cứu biện pháp gia cố nền, đặc biệt biện pháp ổn định tồn khối Sử dụng Plaxis 2D mơ ứng xử đất, độ bền, chuyển vị mặt đất… gia cố không gia cố để đánh giá vai trò biện pháp gia cố Tiến hành tính tốn tốn lựa chọn biện pháp gia cố cho khu vực đất yếu đường phương pháp trộn nông với chiều dày 2m, 4m 6m III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15 / 09 / 2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03 / 12 / 2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ THANH HẢI Tp HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIIỆM BỘ MÔN TS ĐỖ THANH HẢI PGS.TS LÊ BÁ VINH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS Đỗ Thanh Hải tận tình hướng dẫn động viên em suốt trình thực Với hỗ trợ lớn từ bắt đầu em có định hướng rõ ràng để hoàn thành tốt luận văn Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn Thầy (Cơ) mơn Địa CơNền Móng nói riêng khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa TP HCM nói chung Trong năm học tập trường, thầy cô trang bị cho em kiến thức, kỹ quý báu động lực để thực Luận văn Đó hành trang tốt tảng vững để bước vào đường nghiệp nhiều thử thách Bản thân cố gắng nghiên cứu hoàn thiện luận văn nhiên với kiến thức luận văn khơng tránh khỏi số thiếu sót Em kính mong nhận đóng góp ý kiến từ phía thầy bạn để luận văn em hoàn thiện kết nghiên cứu ứng dụng thực tế Một lần em xin chân thành cảm ơn ! Tp.HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018 Học viên thực Trần Hồng Giang TĨM TẮT Việt Nam biết đến nơi có nhiều thành phố thị trấn quan trọng hình thành phát triển đất yếu Một phương pháp gia cố đất yếu đưa vào ứng dụng Việt Nam công nghệ thi công xử lý đất yếu phương pháp ổn định toàn khối Cơng nghệ góp phần cải tạo, biến đổi đất bùn, đất yếu thành đất có cường độ cao, khắc phục tượng sụt lún Trong nghiên cứu này, học viên tổng hợp, phân tích số liệu dựa kết nghiên cứu có sẵn đất trộn xi măng nhằm đưa thông số tiêu lý phù hợp cho cơng trình khu thị Phú Mỹ Hưng, Quận Từ đưa so sánh tính lún cơng trình phương pháp giải tích phương pháp phần tử hữu hạn Kết cho thấy đất gia cố trộn nơng độ sâu 2m trở lên đạt yêu cầu cao ổn định Từ khóa: Đất trộn xi măng, trộn nông, modun biến dạng, nén nở hơng tự do, ổn định tồn khối ABSTRACT Vietnam is known for having many important cities and towns formed and developed on soft soil layers One of the new ground improvement methods for soft soil layers introduced in Vietnam is mass stabilization technology This technology will contribute to the improvement and conversion of mud and soft soil into highintensity soils and overcome the subsidence phenomenon In this study, student will synthesize and analyze the data based on the results of the available studies on soil - cement mix to provide the appropriate mechanical parameters for the urban area Phu My Hung, District This gives a comparison of the displacement of the building by analytical methods and FEM It is concluded that the depth of over 2m was suitable for mass stabilization mixing Keywords: Soilcrete, shallow mixing, secant modulus of elasticity, unconfined compressive strength, mass stabilisation LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công việc tơi thực hướng dẫn thầy TS Đỗ Thanh Hải Các kết Luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018 Học viên thực Trần Hoàng Giang MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU viii Tính cấp thiết đề tài viii Mục đích nghiên cứu viii Nội dung nghiên cứu viii Phương pháp nghiên cứu ix Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ix Giới hạn phạm vi nghiên cứu ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI 1.1 Giới thiệu phương pháp ổn định toàn khối Khái quát Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Chất liên kết để gia cố đất Xi măng Các sản phẩm vôi Các chất liên kết khác 10 1.3 Lợi ích phương pháp ổn định toàn khối 11 1.4 Các yếu tố đất ảnh hưởng đến cường độ đất trộn xi măng 13 1.5 Thiết bị công nghệ thi công 18 1.6 Các ứng dụng phương pháp ổn định toàn khối 21 Ứng dụng địa kỹ thuật 21 Ứng dụng xây dựng cơng trình đường 23 i Đường sắt 24 Hạ tầng kỹ thuật đô thị 25 Cảng kênh đào 26 Khu vực trồng xanh, cảnh quan 29 Khu vực thể thao trời 31 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI 32 2.1 Nguyên lý đất trộn xi măng 32 2.2 Đặc tính đất trộn xi măng 35 2.3 Thiết kế trộn để gia cố đất yếu 35 Số liệu đầu vào 35 Xác định thông số thiết kế 37 2.4 Ổn định tổng thể 39 Trình tự thiết kế 39 Tính tốn ổn định 40 2.5 Tính toán độ lún đất gia cố 41 Các giai đoạn lún 41 Tính tốn độ lún 43 2.6 Tính tốn chuyển vị đất theo phương pháp PTHH 45 Tổng quát phương pháp PTHH 45 Phần mềm PTHH Plaxis 2D 46 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỒN ĐỊNH TOÀN KHỐI CHO KHU VỰC PHÚ MỸ HƯNG 52 3.1 Giới thiệu cơng trình 52 ii 3.2 Giới thiệu địa chất 53 3.3 Tổng hợp số liệu để tìm giá trị tiêu lý phù hợp 61 3.4 Xác định độ lún đất trước gia cố 66 Trường hợp : Tải trọng tác dụng lên đất có lớp đất đắp 66 Trường hợp : Tải trọng tác dụng lên đất gồm lớp đất đắp + tải trọng làm đường + tải trọng xe 68 3.5 Xác định độ lún đất sau xử lý 70 Trường hợp : Tải trọng tác dụng lên đất có lớp đất đắp 70 Trường hợp : Tải trọng tác dụng lên đất gồm lớp đất đắp + tải trọng làm đường + tải trọng xe 74 3.6 Tính tốn độ lún theo phần mềm Plaxis 77 Thông số đầu vào 77 Thiết lập mơ hình Plaxis 2D – V8.5 78 Kết phân tích độ lún đường phần mềm Plaxis 2D 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 Tài liệu tham khảo 92 iii Hình 3-6 Mặt cắt ngang mơ hình Bảng 3-8 Tổng hợp phase tính tốn STT Phase Nội dung tính toán Đắp đất lớp Cố kết lớp Đắp đất lớp Cố kết lớp Tải xe Tìm hệ số an toàn Cố kết 15 năm 10 11 12 13 14 15 Cải tạo đất sâu 2m Đắp đất lớp Cố kết lớp Đắp đất lớp Cố kết lớp Tải xe Tìm hệ số an toàn Cố kết 15 năm 16 17 18 19 20 21 22 23 Cải tạo đất sâu 4m Đắp đất lớp Cố kết lớp Đắp đất lớp Cố kết lớp Tải xe Tìm hệ số an toàn Cố kết 15 năm 24 25 26 27 28 29 30 31 Cải tạo đất sâu 4m Đắp đất lớp Cố kết lớp Đắp đất lớp Cố kết lớp Tải xe Tìm hệ số an toàn Cố kết 15 năm Initial phase Bắt đầu từ Dạng tính tốn Phase N/A Nền tự nhiên Plastic analysis Consolidation analysis Plastic analysis Consolidation analysis Plastic analysis Phi/c reduction Consolidation analysis Cải tạo đất sâu 2m Plastic analysis Plastic analysis Consolidation analysis 10 Plastic analysis 11 Consolidation analysis 12 Plastic analysis 13 Phi/c reduction 13 Consolidation analysis Cải tạo đất sâu 4m Plastic analysis 16 Plastic analysis 17 Consolidation analysis 18 Plastic analysis 19 Consolidation analysis 20 Plastic analysis 21 Phi/c reduction 21 Consolidation analysis Cải tạo đất sâu 6m Plastic analysis 24 Plastic analysis 25 Consolidation analysis 26 Plastic analysis 27 Consolidation analysis 28 Plastic analysis 29 Phi/c reduction 29 Consolidation analysis 80 Thời gian day day 30 day day 30 day 30 day day 5475 day 30 day day 30 day day 30 day 30 day day 5475 day 60 day day 30 day day 30 day 30 day day 5475 day 90 day day 30 day day 30 day 30 day day 5475 day Ta xét độ lún điểm A tâm đường xe chạy, điểm B biên đường xe chạy điểm C biên lớp đất đắp Ta có biểu đồ thể độ lún điểm đất trạng thái tự nhiên đất cải tạo theo trường hợp có độ sâu khác thời điểm sau : hồn tất giai đoạn thi cơng đất cố kết 15 năm : Hình 3-7 Ứng suất hữu hiệu 81 Hình 3-8 Các điểm tính lún Hình 3-9 Độ lún điểm A sau hồn thành giai đoạn thi cơng Hình 3-10 Độ lún điểm A sau cố kết 15 năm 82 Hình 3-11 Độ lún điểm B sau hồn thành giai đoạn thi cơng Hình 3-12 Độ lún điểm B sau cố kết 15 năm 83 Hình 3-13 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng tự nhiên sau hoàn thành giai đoạn thi cơng Hình 3-14 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng tự nhiên sau cố kết 15 năm 84 Hình 3-15 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng cải tạo sâu 2m sau hồn thành giai đoạn thi cơng Hình 3-16 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng cải tạo sâu 2m sau cố kết 15 năm 85 Hình 3-17 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng cải tạo sâu 4m sau hoàn thành giai đoạn thi cơng Hình 3-18 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng cải tạo sâu 4m sau cố kết 15 năm 86 Hình 3-19 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng cải tạo sâu 6m sau hoàn thành giai đoạn thi cơng Hình 3-20 Độ lún chênh lệch vị trí A, B C chịu tải trọng tác dụng cải tạo sâu 6m sau cố kết 15 năm 87 Hình 3-21 Hệ số an tồn đất tự nhiên Hình 3-22 Hệ số an tồn đất gia cố 88 Bảng 3-9 Tổng hợp kết tính tốn Độ lún ( m ) Điểm A Trạng thái Điểm B Điểm C Hệ số Msf Sau TC CK 15 năm Sau TC CK 15 năm Sau TC CK 15 năm Nền tự nhiên 0.443 1.268 0.4 1.188 0.162 0.421 1.11 Cải tạo 2m 0.315 0.899 0.312 0.88 0.097 0.254 1.44 Cải tạo 4m 0.255 0.762 0.253 0.754 0.149 0.328 1.43 Cải tạo 6m 0.214 0.565 0.213 0.561 0.158 0.371 1.45 Ta có đồ thị độ lún điểm A tính lún từ lúc chất tải đến lúc hoàn thành giai đoạn thi công độ sâu cải tạo đất khác sau : Đồ thị độ lún 0.5 0.45 Độ lún (m) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 Độ sâu đất cải tạo (m) Từ kết cho ta thấy : - Có chênh lệch độ lún đáng kể vị trí tim biên đường xe chạy trường hợp tải tác dụng đất tự nhiên, trường hợp đất cải tạo độ chênh lệch khơng đáng kể Cũng chênh lệch độ lún đất giảm dần theo độ sâu đất cải tạo - Từ hệ số ổn định Msf cho thấy việc đắp đất trực tiếp lớp đất tự nhiên không đảm bảo ổn định Nền đường lún lớn nên cần phải xử lý đất yếu 89 - Độ lún đất gia cố sâu 2m giảm 34 % so với đất tự nhiên - Độ lún đất gia cố sâu 4m giảm 28 % so với đất gia cố sâu 2m - Độ lún đất gia cố sâu 6m giảm 25 % so với đất gia cố sâu 4m 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua nghiên cứu, thí nghiệm, tính tốn rút kết luận: - Kết tổng hợp nghiên cứu thí nghiệm nhiều loại đất yếu gia cố xi măng, hàm lượng xi măng để gia cố cho đất tự nhiên khu khu đô thị Phú Mỹ Hưng quận chọn theo tỉ lệ 250 kg/m3, từ xác định cường độ chịu nén đơn mẫu đất trộn xi măng 2500 kN/m2 Lực dính c = 250 kN/m2 , góc ma sát φ = 30o phù hợp với thông số tiêu lý ban đầu mẫu - Có chênh lệch độ lún đáng kể vị trí tim biên đường xe chạy trường hợp tải tác dụng đất tự nhiên, trường hợp đất cải tạo độ chênh lệch khơng đáng kể Cũng chênh lệch độ lún đất giảm dần theo độ sâu đất cải tạo Độ lún đất gia cố sâu 2m giảm 34 % so với đất tự nhiên Độ lún đất gia cố sâu 4m giảm 28 % so với đất gia cố sâu 2m Độ lún đất gia cố sâu 6m giảm 25 % so với đất gia cố sâu 4m - Từ đó, việc lựa chọn chiều sâu gia cố phù hợp cần xem xét đến độ lún yêu cầu thời gian thi công, giá trị cho thấy độ sâu trộn nông khoảng 2m trở lên phù hợp với tải trọng cơng trình khu vực Kiến nghị hướng nghiên cứu - Do thời gian có hạn nên đề tài tiến hành tổng hợp, phân tích số liệu dựa kết thí nghiệm nghiên cứu có sẵn tính tốn cho dự án nên cịn mang tính cục Nên kết luận mang tính tham khảo, cần phải tiến hành nhiều khu vực khác để có kết luận tổng qt - Do cơng trình khơng có qua trắc độ lún đường nên đề tài dự báo độ lún theo thời gian mô plaxis nên khơng kết luận độ lún xác thực tế 91 Tài liệu tham khảo [1] Châu Ngọc Ẩn Cơ học đất NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2004 [2] Đậu Văn Ngọ Giải pháp xử lý đất yếu đất trộn xi măng Tạp chí phát triển KH & CN, số 11, 2008 [3] Nguyễn Uyên Cơ sở địa chất, học đất móng cơng trình NXB Xây dựng Hà Nội, 2004 [4] Nguyễn Uyên Xử lý đất yếu xây dựng NXB Xây dựng, 2005 [5] Nguyễn Quốc Dũng Công nghệ khoan áp lực cao xử lý đất yếu NXB Nông nghiệp, 2005 [6] Trần Đình Hà Giới thiệu phương pháp xử lý nơng công nghệ xử lý đất yếu theo phương pháp ổn định toàn khối Internet www.moc.gov.vn/ /web/guest/trang-chi-tiet//tin-chi-tiet/Z2jG/63/279620/gioi-thieu-phuong-phap-xuly-nong-va-cong-nghe-xu-ly-nendat-yeu-theo-phuong-phap-on-dinh-toankhoi.html, 28-11-2015 [7] TCVN 9403:2012 Gia cố đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng Tiêu chuẩn Quốc Gia, 2012 [8] Công ty CP Phát triển công nghệ xanh bền vững BCX Tài liệu hướng dẫn [9] Phạm Quang Vĩnh , Phân tích ứng xử cọc xi măng đất gia cố đất yếu đường khu đô thị Thủ Thiêm, Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, 2015 [10] Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn , Lựa chọn hàm lượng xi măng tỉ lệ nước – xi măng hợp lý cho gia cố đất yếu ven biển đồng sơng cửu long , Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường, 2014 [11] Hongxia Yang, Experimental Study on Mechanical Property of Soil-Cement, 2nd International Conference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology, 2012 92 [12] Nguyễn Minh Tâm, Hui- Joon Kim, Du – Hwoe Jung, Nghiên cứu thí nghiệm cường độ đất sét trộn xi măng, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 9, ĐH Bách khoa TP HCM , 2005 [13] 22TCN 262 -2000, Qui trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế , Bộ Giao Thông Vận tải , 2000 [14] TCVN:10379, Gia cố đất chất kết dính vơ cơ, hóa chất gia cố tổng hợp,sử dụng xây dựng đường - Thi công nghiệm thu, Tiêu chuẩn Quốc Gia, 2014 [15] Makusa, Soil Stabilization for Road and Airfield, 2012 93 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN HOÀNG GIANG Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1989 Nơi sinh: Kiên Giang Địa liên lạc: 266/84 Tô Hiến Thành, Phường 6, Quận 10, Tp HCM ĐTDĐ: 0906861618 Email: giangtran.ce@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 2007 - 2012: Sinh viên Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Kiến Trúc Tp HCM 2015 - 2018: Học viên cao học, chuyên ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM 94 ... trung nghiên cứu gia cố biện pháp ổn định toàn khối ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI 1.1 Giới thiệu phương pháp ổn định toàn khối Khái quát Ổn định toàn khối q trình sử... phương pháp ổn định toàn khối so với số phương pháp kỹ thuật khác Phương pháp xử lý móng cơng trình Ưu điểm phương pháp ổn định tồn khối Cọc đóng Ổn định toàn khối thường rẻ so với phương pháp. .. lý đất yếu phục vụ việc xây dựng cơng trình khu vực Quận 7, Nhà Bè… Nội dung đề tài “ Gia cố đất yếu phương pháp ổn định toàn khối? ??, nghiên cứu vấn đề đất yếu đặt giải pháp xử lý đất yếu phương