Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu dưới đoạn đường dẫn vào cầu vượt IC3 dự án xây dựng cầu cần thơ thành phố cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CAO HỒNG PHÚC ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU CẦN THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.02.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2018 i CƠNG TRÌNH ĐƯƠC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỊ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Phán Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh , ngày …… tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạch sĩ gồm: CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TS LÊ ANH TUẤN ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CAO HỒNG PHÚC MSHV: 1571034 Ngày, tháng, năm sinh: 30/10/1981 Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã ngành: 60.58.02.11 I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý đất yếu đoạn đường dẫn vào cầu vượt IC3 - Dự án xây dựng Cầu Cần Thơ – Thành phố Cần Thơ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Chương Tổng quan giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý đất yếu đường dẫn vào cầu Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn giếng cát kết hợp gia tải trước Chương Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý đất yếu đoạn đường dẫn cầu vượt IC3 – Dự án xây dựng cầu Cần Thơ – Thành phố Cần Thơ Chương Phân tích ảnh hưởng số yếu tố đến mức độ cố kết đất yếu đoạn đường dẫn cầu vượt IC3 III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …./…/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …./…/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN Tp HCM, ngày tháng năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS VÕ PHÁN PGS.TS LÊ BÁ VINH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TS LÊ ANH TUẤN iii LỜI CÁM ƠN Trước tiên, xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy (Cô) môn địa kỹ thuật xây dựng trường Đại học bách khoa Tp HCM, truyển đạt cho kiến thức quý báu tâm huyết suốt học kỳ vừa qua Đó kiến thức tảng cho tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Võ Phán, người thầy dành nhiều tâm huyết để giảng dạy truyền đạt kiến thức khoa học, kinh nghiệm vơ q giá suốt q trình học tập thực luận văn Để từ tơi bắt đầu sơ lược kết nối kiến thức lại với để hồn thành nên nội dung đề tài mà tơi thực Một lần xin cảm ơn người Thầy đầy tâm huyết tâm lý thường xuyên đôn đốc, nhắc nhở nhiều điều cho tôi, người Thầy truyền đạt kiến thức sách mà học sống Những điều tạo động lực giúp tơi hồn thành luận văn cách tốt Xin cảm ơn Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên Phòng Quản Lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học Trường Đại Học Cần Thơ giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập Một lần xin gửi đến Quý Thầy, Cô Gia đình lời biết ơn sâu sắc Tơi xin chân thành cảm ơn Tp HCM, ngày tháng 12 năm 2018 Học viên thực Luận văn Cao Hồng Phúc iv TÓM TẮT LUẬN VĂN ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP VỚI GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU CẦN THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ Để phục vụ cho việc xử lý đất yếu đường dẫn vào cầu vượt nút giao IC3, biện pháp xử lý giếng cát kết hợp với gia tải trước lựa chọn với thông số kỹ thuật sau: Khoảng cách giếng cát 1m đường kính 0,4m, chiều sâu giếng 18m tính từ mặt đất tự nhiên, giếng cát bố trí theo sơ đồ lưới hình vng Cát dùng để thi công giếng cát hạt trung Hồng Ngự - Đồng Tháp có hệ số thấm 0,0493cm/s Bên có bố trí lớp cát đệm hạt trung để thoát nước ngang Kết thu sau sử dụng giếng cát kết hợp với gia tải trước để xử lý đất yếu rút ngắn thời gian thi công so với không xử lý giếng cát từ 18,16 năm xuống 100 ngày Từ kết tính tốn phương pháp khác giải tích phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) kết hợp với so sánh kết quan trắc lún thực tế thi cơng phương pháp phần tử hữu hạn (mơ hình Hardening Soil) cho kết gần với quan trắc thực tế Giải tích 1,053m so với Mohr Coulomb 0,654m, Hardening Soil 0,529m thực tế quan trắc 0,49m Việc tính tốn phương pháp giải tích cho kết lớn với thực tế Plaxis phương pháp giải tích chưa xét đến Modun E giếng cát, ứng suất thân đất thay đổi theo thời chiều sâu xem gia tải lần đến cao độ yêu cầu, nên thiết kế cần vào phương pháp phần tử hữu hạn Hardening Soil Kết nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu trước cơng bố số tạp chí khuyến nghị sử dụng mơ hình Hardening Soil để thiết kế Trong q trình nghiên cứu thay đổi thơng số để xác định mức độ cố kết tương ứng làm sở tham khảo để đưa giải pháp thiết kế tối ưu kỹ thuật xử lý đất yếu giá thành v THESIS ABSTRACT APPLICATION OF SOFT GROUND IMPROVEMENT BY SAND WELL COMBINED PRE-LOADING OF A SECTION OF APPROACH ROAD, IC3 OVERPASS BRIDGE – THE CUU LONG (CAN THO) BRIDGE CONSTRUCTION PROJECT – CAN THO CITY For improving the soft soil at the foundation of approach road to IC3, a combination of sand well and surcharge preloading has been selected with following details: 0.4m diameter sand wells will be allocated at 1m interval, 18m deep from natural elevation, and will be arranged on a square grid layout Sand material used for sand well is classified as medium sand grain from Hong Ngu – Dong Thap with 0.0493 cm/s coefficient of permeability Medium grain sand is arranged on the top to horizontal drainage The results obtained after the use of sand well and surcharge preloading for the treatment of soft soil is to shorten the time of construction compared to the unprocessed sand well from 18.16 years to 100 days From the calculation results of different methods such as analysis and finite element methods (Plaxis) combined with the comparison results of observation of actual settlement, the finite element method (Hardening Soil) gives the approximate results with the most realistic observations Calculate 1,053m compared to Mohr Coulomb is 0,654m, Hardening Soil is 0.529m and actual observation is 0.49m Calculation by analytical method gives greater results to reality and Plaxis is due to the ineffective method of Modulus E of the sand well, the base stress of the soil changes in depth and the load Once the required height, the design should be based on the finite element method Hardening Soil The results of this study are consistent with previous studies published in several journals that recommend the use of the Hardening Soil model to design During the study of the change of parameters to determine the corresponding consolidation level and reference basis to provide optimal design solution of weak soil treatment techniques and construction cost vi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công việc tơi thực hướng sẫn thầy PGS TS Võ Phán Các số liệu kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2018 Học viên thực Luận văn Cao Hồng Phúc vii MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN CỦA ĐỀ TÀI V GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU 1.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN ĐẤT YẾU KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ 1.1.1 Khái niệm phân loại đất yếu 1.1.2 Đặc trưng trạng thái vật lý đất yếu khu vực Thành phố Cần Thơ 1.1.3 Đặc điểm lý đất yếu Cần Thơ 11 1.2 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 12 1.2.1 Giới thiệu 12 1.2.2 Nguyên lý tổng quát phương pháp gia tải đất đắp 12 1.2.3 Ưu nhược điểm phương pháp xử lý đất yếu giếng cát 13 1.3 TỔNG QUAN GIẾNG CÁT 14 1.3.1 Lịch sử phát triển giếng cát 14 1.3.2 Đặc điểm phạm vi áp dụng giếng cát 15 1.3.3 Biện pháp thi công giếng cát 17 1.3.3.1 Trình tự thi công giếng cát 17 1.3.3.2 Biện pháp thi công 18 1.4 TỔNG QUAN LỚP ĐỆM CÁT 19 1.4.1 Vai trị lớp đệm cát nước 19 1.4.2 Yêu cầu chiều dày lớp đệm cát 20 1.4.3 Yêu cầu vật liệu làm lớp đệm cát 20 1.5 TỔNG QUAN TÍNH TỐN GIẾNG CÁT 21 1.6 NHẬN XÉT 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 23 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN BÀI TỐN CỐ KẾT THẤM 23 2.1.1 Khái niệm giả thuyết toán cố kết thấm 23 2.1.2 Bài toán cố kết 24 2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VỀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN 27 2.2.1 Kiểm tra ổn định đất yếu 27 2.2.2 Độ lún ổn định đất yếu 28 2.2.2.1 Độ lún tức thời 28 2.2.2.2 Độ lún cố kết sơ cấp 28 viii 2.2.2.3 Độ lún cố kết thứ cấp 29 2.2.3 Độ lún đất yếu đường theo thời gian 29 2.3 LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 32 2.3.1 Khái niệm giếng cát kết hợp gia tải trước 32 2.3.2 Sự cố kết giếng cát 32 2.3.2.1 Trường hợp lý tưởng 32 2.3.2.2 Trường hợp thực tế (xét đến độ xáo trộn đất) 33 2.3.2.3 Ảnh hưởng độ cố kết theo phương ngang phương đứng 35 2.4 TÍNH TỐN ĐỘ LÚN BẰNG MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN 35 2.5 NHẬN XÉT 38 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU CẦN THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ 39 3.1 GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH 39 3.1.1 Giới thiệu chung 39 3.1.2 Đặc điểm điều kiện địa hình, khí hậu, thủy văn địa chất 40 3.1.2.1 Đặc điểm địa hình 40 3.1.2.2 Đặc điểm khí hậu 41 3.1.2.3 Đặc điểm thủy văn 41 3.1.2.4 Đặc điểm địa chất khu vực 41 3.1.3 Thông số đắp 42 3.2 CÁC THƠNG SỐ ĐƯA VÀO BÀI TỐN 43 3.3 TÍNH TỐN LÚN CỦA ĐẤT NỀN THEO TCVN: 9355- 2012 43 3.3.1 Tính độ lún cố kết Sc (khi đất chưa có giếng cát) 43 3.3.2 Kiểm tra ổn định đắp 44 3.3.3 Tính tốn độ lún 45 3.3.4 Xét trường hợp xử lý đất yếu giếng cát kết hợp gia tải trước 50 3.3.4.1 Thông số kỹ thuật giếng cát sử dụng cơng trình 50 3.3.4.2 Tính tốn độ cố kết Uv,r 50 3.3.5 Tính tốn độ lún theo thời gian sử dụng giếng cát 52 3.3.6 Kết luận 52 3.4 TÍNH TỐN PHÂN TÍCH CƠNG TRÌNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS 2D – MƠ HÌNH MOHR COULOMB VÀ HARDENING SOIL 52 3.4.1 Khai báo mơ hình Plaxis 2D 52 3.4.1.1 Các số liệu đầu vào để mơ tốn 52 3.4.1.2 Mô toán Plaxis 2D 53 3.4.2 Mơ hình Mohr Coulomb 54 3.4.2.1 Mơ tốn Mohr Coulomb nước theo phương 54 3.4.2.2 Mô toán Mohr Coulomb theo phương 58 3.4.3 Mơ hình Hardening Soil 63 ix 3.4.3.1 Số liệu đầu vào mơ hình Hardening Soil 63 3.4.3.2 Kết mơ tốn Hardening Soil nước theo phương 65 3.4.3.3 Kết mô toán Hardening Soil thoát nước theo phương 67 3.5 KẾT QUẢ QUAN TRẮC THỰC TẾ 69 3.5.1 Kết quan trắc lún 69 3.5.2 Biểu đồ quan trắc lún 73 3.6 KẾT LUẬN 73 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN CẦU VƯỢT IC3 75 4.1 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 75 4.1.1 Phân tích phương pháp giải tích 75 4.1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn Hardening Soil 77 4.1.2.1 Với khoảng cách L=1,5m 77 4.1.2.2 Với khoảng cách L=2,0m 79 4.1.2.3 Với khoảng cách L=2,5m 80 4.1.3 Kết luận: 82 4.2 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 82 4.2.1 Phân tích phương pháp giải tích 82 4.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn Hardening Soil 84 4.2.2.1 Với chiều sâu S=14m 85 4.2.2.2 Với chiều sâu S=16m 86 4.2.2.3 Với chiều sâu S=20m 87 4.2.3 Kết luận: 89 4.3 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 89 4.3.1 Phân tích phương pháp giải tích 90 4.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn Hardening Soil 92 4.3.2.1 Với đường kính D=0,3m 92 4.3.2.2 Với đường kính D=0,5m 94 4.3.2.3 Với đường kính D=0,6m 95 4.3.3 Kết luận: 97 4.4 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ XÁO TRỘN ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 97 4.4.1 Phân tích phương pháp giải tích 97 4.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn Hardening Soil 100 4.4.2.1 Xét trường hợp: kh/ks =3 100 4.4.2.2 Xét trường hợp: kh/ks = 101 ... thuyết tính tốn giếng cát kết hợp gia tải trước Chương Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý đất yếu đoạn đường dẫn cầu vượt IC3 – Dự án xây dựng cầu Cần Thơ – Thành phố Cần Thơ Chương... TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU CẦN THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ Để phục vụ cho việc xử lý đất yếu đường dẫn vào cầu vượt nút giao IC3, biện pháp xử. .. hợp gia tải trước để tính lún đất yếu đoạn đường dẫn vào cầu vượt IC3 – Dự án xây dựng cầu Cần Thơ – Thành Phố Cần Thơ? ?? Việc sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước giúp làm tăng nhanh thời gian