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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 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 cơng trình giao thơng M số: 52.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS ĐỖ HỮU ĐẠO Đà Nẵng - Năm 2019 -i- LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật đề tài Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý ổn định đường quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ đƣợc thực sở tổng hợp kiến thức học tập nghiên cứu Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Bên cạnh cố gắng thân giúp đỡ, động viên nhiệt tình quý thầy cơ, bạn đồng nghiệp gia đình xun suốt trình học tập thực luận văn Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô, cán tham gia giảng dạy lớp Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng K36.XGT.TV tận tình giúp đỡ, truyền đạt nhiều kiến thức quý báu suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn thạc sĩ Xin tri ân gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Đỗ Hữu Đạo, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, động viên đồng hành nghiên cứu thực thành công đề tài Luận văn đƣợc nghiên cứu hồn thành nhƣng kiến thức có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế, mong nhận đƣợc góp ý, phê bình quý thầy cô bạn đồng nghiệp để kịp thời hiệu chỉnh hoàn thiện TP Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019 HỌC VIÊN LÊ QUỐC VIỆT - ii - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu luận án trung thực có nguồn gốc rõ ràng Các kết luận án chƣa đƣợc công bố cơng trình khoa học Tác giả hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực ngun luận án TP Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019 HỌC VIÊN LÊ QUỐC VIỆT - iii - TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT Hiện nay, thành phố Cần Thơ đƣợc đánh giá thành phố bị ảnh hƣởng nặng nề biến đổi khí hậu Dƣới ảnh hƣởng biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng với tác động trình phát triển kinh tế – xã hội, tình hình ổn định cơng trình ven sông thành phố Cần Thơ diễn biến phức tạp có xu gia tăng phạm vi quy mô Nhiều tƣợng sạt trƣợt bờ sông nghiêm trọng xảy thành phố Cần Thơ ảnh hƣởng chất lƣợng cơng trình giao thông thuỷ bộ, sập nhà cửa, cƣớp tài sản sinh mạng ngƣời dân Để ứng phó với biến đổi khí hậu, hàng năm thành phố Cần Thơ phải đầu tƣ hàng trăm tỷ đồng để xây dựng cơng trình bảo vệ bờ sơng, chống ngập lụt Tuy nhiên công nghệ sử dụng để xây dựng cơng trình chủ yếu dựa vào giải pháp truyền thống, thiên loại hình kết cấu vật liệu cổ điển nhƣ kè lát mái, kè mỏ hàn đá hộc, đá xây, bêtông đơn giản Chƣa có giải pháp đảm bảo ổn định lâu dài cho cơng trình ven bờ sơng, bờ hồ Hiện tƣợng ổn định, sụp lún, sạt trƣợt tiếp tục diễn Thực chiến lƣợc phát triển đô thị quốc gia thích ứng với biến đổi khí hậu, thành phố Cần Thơ xây dựng hồ Bún Xáng (hồ điều hịa) lịng thành phố có diện tích 12,76ha xây dựng hệ thống giao thông xung quanh bờ hồ với chiều dài 3,5km Khu vực tiếp giáp với sơng Hậu có địa chất yếu, bờ hồ trạng thái ổn định dễ dẫn đến sạt trƣợt lúc Do đó, nghiên cứu nguyên nhân, chế gây sạt trƣợt, ổn định đƣờng quanh hồ Bún Xáng cần thiết Từ đề xuất giải pháp xử lý đất yếu, gia cƣờng đƣờng phù hợp với địa chất đất yếu thành phố Cần Thơ Quá trình nghiên cứu dựa số liệu thu thập thực tế Mơ phỏng, tính tốn giải pháp đề xuất phần mềm Plaxis Geo - Slope cho khu vực nghiên cứu - iv - SUMMARY OF THESIS ABSTRACT Nowadays, Can Tho City be assessed as one of the five cities that will be most severely affected by climate change Under the influence of climate change, rising sea levels and the impacts of socio-economic development, the instability of riverine constructions in Can Tho City has been complicated and tend to increase both in scope and scale Many serious river bank erosion occurred in Can Tho City, affecting the quality of waterway transport works, house collapse, property loss and people's lives Confrontation climate change, every year, Can Tho City has to invest hundreds of billions Viet Nam dongs construct to protect river side and flood control However, the technology used to build these works are still largely based on traditional solutions, favoring the classical types of material structures such as roof revetments, grove revetments, concrete slabs That’s temporary solution Landslides, depression, unstable still continues The national urban development strategy to adapt to climate change, Bun Xang lake project (Detention basin) are built at city center area of 12.76ha and over 3.5Km road around This area next to Hau river, that’s soft soild’s area Banks lake are often in a state of unstable may be depression and sliding That’s study necessary the causes and mechanisms of roadbed around Bun Xang lake of landslides, unstable From process, propose ways to improve the fost soil at Can Tho City This thesis base on actual data Simulation, calculation of proposed solutions using Plaxis and Geo - Slope tool to study -v- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii SUMMARY OF THESIS iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG xi MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài: Mục tiêu nghiên cứu đề tài: 2.1 Mục tiêu chung: 2.2 Mục tiêu cụ thể: Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu cấu trúc 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 1.1.2 Tổng quan địa chất Thành phố Cần Thơ 1.2 Thực trạng sạt lở TP Cần Thơ 1.2.1 Điều kiện khí hậu thủy văn TP Cần Thơ 1.2.2 Thực trạng sạt lở TP Cần Thơ 1.3 Các phƣơng pháp tăng cƣờng ổn định đất yếu .7 1.3.1 Giải pháp cọc tre cọc tràm 1.3.2 Giải pháp cọc bê tông cốt thép 1.3.3 Giải pháp vải địa kỹ thuật 1.3.4 Giải pháp cọc đất gia cố ximăng [4] - vi 1.4 Một số sở lý thuyết tính tốn ổn định 13 1.4.1 Phƣơng pháp cân giới hạn [5] 13 1.4.2 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn 15 1.5 Kết luận chƣơng .17 Chƣơng ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG 18 2.1 Hiện trạng cơng trình quanh hồ Bún Xáng 18 2.2 Địa chất khu vực đƣờng quanh hồ Bún Xáng 19 2.3 Đề xuất giải pháp gia cố đƣờng quanh hồ Bún Xáng 22 2.3.1 Xử lý cọc tràm 23 2.3.2 Giải pháp giếng cát 24 2.3.3 Giải pháp bấc thấm 27 2.3.4 Giải pháp hút chân không 28 2.3.5 Giải pháp bệ phản áp 29 2.3.6 Giải pháp đệm vật liệu rời/đệm cát 31 2.3.7 Giải pháp vải địa kỹ thuật 32 2.3.8 Xử lý hệ cọc đóng bêtơng cốt thép 30x30cm 33 2.3.9 Xử lý sàn giảm tải bêtông cốt thép hệ móng cọc 30x30cm .34 2.3.10 Đề xuất giải pháp: Sơ đồ 03 hàng cọc đất gia cố ximăng 35 2.3.11 Đề xuất giải pháp: Sơ đồ 02 hàng cọc đất gia cố ximăng 35 2.4 Kết luận chƣơng .37 Chƣơng THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT YẾU GIA CỐ XIMĂNG 38 3.1 Mục đích 38 3.2 Thí nghiệm xác định tiêu lý đất tự nhiên .38 3.2.1 Lấy mẫu thí nghiệm 38 3.2.2 Các thí nghiệm để xác định tiêu lý đất tự nhiên .39 3.3 Thí nghiệm xác định đặc trƣng học đất gia cố ximăng .41 3.3.1 Chế tạo mẫu thử .41 3.3.2 Thí nghiệm nén trục có nở hơng .44 - vii 3.3.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp 48 3.3.4 Thí nghiệm nén cố kết 50 3.4 Kết luận chƣơng .54 Chƣơng TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XIMĂNG XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG .55 4.1 Mục đích 55 4.2 Đặc điểm địa chất, thủy văn 55 4.2.1 Đặc điểm địa chất .55 4.2.2 Chế độ thủy văn .56 4.3 Ứng dụng mô để kiểm tra ổn định vị trí hố khoan BH-11 56 4.3.1 Lựa chọn mơ hình đất thông số cọc đất ximăng 57 4.3.2 Mô vấn đề phần mềm Plaxis 2D 59 4.3.3 Mô vấn đề phần mềm Geo - Slope .61 4.3.4 Đánh giá yếu tố kinh tế kỹ thuật phƣơng án 67 4.4 Kết luận chƣơng .68 KẾT LUẬN .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 - viii - DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bản đồ hành khu vục TP Cần Thơ Hình 1.2 Một số hình ảnh sạt lở ven sơng, hồ thành phố Cần Thơ .6 Hình 1.3 Vải địa kỹ thuật gia cƣờng lớp đắp [3] Hình 1.4 Sơ đồ giải pháp cọc đất gia cố ximăng [2] .10 Hình 1.5 Sơ đồ quy trình thi cơng cọc đất gia cố ximăng 11 Hình 1.6 Lực tác dụng lên phân tố đất trƣờng hợp mặt trƣợt trụ trịn .13 Hình 1.7 Lực tác dụng lên phân tố đất trƣờng hợp mặt trƣợt tổ hợp 14 Hình 1.8 Lực tác dụng lên phân tố đất trƣờng hợp mặt trƣợt gãy khúc 14 Hình 1.9 Cấu trúc chƣơng trình phần mềm Slope/W .14 Hình 1.10 Cấu trúc chƣơng trình phần mềm Plaxis 15 Hình 1.11 Nút điểm ứng suất mơ hình phần tử hữu hạn 16 Hình 2.1 Sơ đồ vị trí hồ Bún Xáng 18 Hình 2.2 Hiện trạng đƣờng giao thơng bờ Nam hồ Bún Xáng 19 Hình 2.3 Hình trụ hố khoan BH06 20 Hình 2.4 Hình trụ hố khoan BH11 21 Hình 2.5 Mặt cắt kết cầu kè xử lý cừ tràm 24 Hình 2.6 Kết ổn định cơng trình xử lý cừ tràm 24 Hình 1.3 Sơ đồ xử lý đất yếu giếng cát 25 Hình 1.4 Sơ đồ giếng cát hình tam giác 26 Hình 1.5 Sơ đồ giếng cát hình vng .26 Hình 1.6 Sơ đồ xử lý đất yếu bấc thấm 27 Hình 1.7 Sơ đồ bấc thấm hình tam giác hình vng .28 Hình 1.8 Sơ đồ xử lý đất yếu bấc thấm .29 Hình 1.9 Sơ đồ bệ phản áp 30 Hình 1.10 Sơ đồ xử lý đất yếu giải pháp đệm cát .31 Hình 1.11 Vải địa kỹ thuật gia cƣờng lớp đắp [4] 32 Hình 2.7 Mơ hình xử lý hệ cọc bêtơng cốt thép .34 Hình 2.8 Mơ hình xử lý sàn giảm tải hệ cọc bêtông cốt thép 34 Hình 2.9 Mơ hình xử lý đƣờng cọc đất gia cố ximăng ximăng theo sơ đồ 03 hàng cọc đất gia cố ximăng theo phƣơng ngang từ bờ hƣớng hồ 35 Hình 2.10 Mơ hình xử lý đƣờng cọc đất gia cố ximăng ximăng theo sơ đồ 02 hàng cọc đất gia cố ximăng theo phƣơng ngang từ bờ hƣớng hồ 35 Hình 3.1 Mẫu đất thí nghiệm 38 - 69 - Sau gia cố (theo phƣơng án chọn), đất có sức chống cắt tăng từ 817 lần so với đất nguyên trạng, làm giảm khả xảy trƣợt gây nguy hiểm cho cơng trình mực nƣớc ngầm dâng cao mƣa lớn - 70 - KẾT LUẬN Thành phố Cần Thơ có địa chất tƣơng đối yếu thƣờng xuyên bị ngập lụt triều cƣờng dâng cao làm cho đất bị bảo hòa, giảm sức chống cắt Hiện tƣợng sạt lở cơng trình đƣờng ven sông diễn biến phức tạp đặc biệt ven sông Hậu đe dọa đến nhà cửa, tài sản tính mạng ngƣời dân Các giải pháp tăng cƣờng 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 chƣa cao Giải pháp Sơ đồ 03 hàng cọc đất gia cố ximăng giải pháp Sơ đồ 02 hàng cọc đất gia cố ximăng có hệ số ổn định cao phù hợp để xử lý ổn định cho khu vực nghiên cứu Thí nghiệm tiêu lý đất để gia cố xi măng cho thấy cƣờng độ kháng nén qu tăng theo hàm lƣợng ximăng tăng chậm hàm lƣợng từ 18% đến 22%, thời điểm 28 ngày tăng 1.1 đến 1.3 lần so với thời điểm 14 ngày, tăng 1.3 đến 1.6 lần so với thời điểm ngày cao đến 20 lần so với đất tự nhiên Với địa chất khu vực nghiên cứu (và khu vực đất yếu Đồng Sông Cửu Long có địa chất tƣơng tự), áp dụng tỷ lệ phối trộn từ 18% đến 22% ximăng tối ƣu Nền cơng trình đƣợc giảm thiểu tác động từ yếu tố tự nhiên (mực nƣớc ngầm, thủy triều, mƣa) lực dính góc ma sát tăng lên đƣới tác động hàm lƣợng ximăng pha trộn Nền cơng trình đủ điều kiện làm việc sau 28 ngày thi công, (cƣờng độ khán nén qu đất tăng 20 lần so với đất nguyên trạng) Áp dụng lúc hai phần mềm sở lý thuyết khác (phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis phần mềm cân giới hạn Slope/w) làm sở đánh giá, tăng độ xác số liệu thu đƣợc Đối với cơng trình Cải tạo Hồ Bún Xáng – TP Cần Thơ (mở rộng cho cơng trình tƣơng tự), áp dụng phƣơng án (05 cọc mặt đất 02 cọc dƣới mái dốc) để thiết kế thi công tối ƣu (hệ số an toàn tăng 109% so với mơ hình đất ngun trạng) - 71 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Tuấn Minh, "Ổn định đƣờng hầm đặt nông," Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ quốc tế - 2010, 2010 [2] L.V Makopski, Cơng trình ngầm giao thơng thị, NXB Xây dựng Hà Nội, 2010 [3] Lê Xuân Thƣởng, Đinh Xuân Bảng, Nguyễn Tiến Cƣờng Phí Văn Lịch, Cơ sở thiết kế cơng trình ngầm, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1981 [4] Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt, Tính tốn thiết kế cơng trình ngầm, NXB Xây dựng, 2002 [5] Nguyễn Thế Phùng Nguyễn Quốc Hùng, Thiết kế công trình hầm giao thơng, NXB Giao thơng Vận tải, 2004 [6] A.U Simvulidi , Tính tốn kết cấu đàn hồi, NXB Maxcơva, 1978 [7] Đào Quang Minh, "Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật ngành Địa kỹ thuật Xây dựng," Đại học Quốc gia TP HCM - Trƣờng Đại học Bách Khoa, TP Hồ Chí Minh, 2016 [8] Bộ Giao thơng vận tải, "Quy trình khảo sát, thiết kế đƣờng ôtô đắp đất yếu 22TCN 262 – 2000," 2000 [9] Masaki Kitazume and Masaaki Terashi, The Deep Mixing method, CRC Press, 2013 [10] Nguyễn Trung Cần, Báo cáo kết khảo sát địa chất báo cáo địa chất cơng trình Hồ Bún Xáng - Dựa án Nâng cấp Vùng ĐB.SCL - Tiểu dự án TP Cần Thơ, Cần Thơ: Liên danh Tƣ vấn Kunhwa-Sunjin-Jinwoo, 2014 [11] Đ h Q g TP.HCM, “Hệ thống thông tin địa lý,” Đại học Quốc gia TP.HCM, 2019 [Trực tuyến] Available: https://mgis.vn/DBSCL%23diachat [12] Bergado D T, Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng, NXB Giáo dục Hà Nội, 1994 [13] Phan Ngọc Hải Đăng, Luận văn Thạc sĩ ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông, TP Đà Nẵng: Trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2018 [14] https://vov.vn/xa-hoi/xuat-hien-them-nhieu-diem-sat-lo-o-can-tho-de-doa-tinhmang-nguoi-dan-781490.vov D+t Hgt l;n x,lrrir; CSNC HOA XA npr CHU r,GHiA Vrri-i NAlr fiO" fi,p : f,J.4q : t.snh phric rRroNC s4,r HQq n$gll Kr-roA S0: vi 58, 'QD-l)llllK Ori ,\tirg, ngi1,s?l tlfing {}1 nuw }U I / QUYET OINH vi$c giac tli tai vir tr*ch nhi{nr c*a ngu*"i hud.ng din lugn rin rhgc si Hrt:u'r'RUoNG TRTJONG D+r HQC nACn KH(IA Ci.n cir_Nghi dinh sO:ZlCp ngAy 04 thdng n6m I994 cta Chinh phri vi vigc thinh liip I)ai l:oc I)A Nang; Cirn c* Thi'ng tu si 08i20I4/TT-BCDDT ngiy 20 thdng ndrn 201.+ cira BQ rruong llg Gido dUc vi Edo ta* vd vi0c tran hAnh Quy chd td t *r vi ho4t dQng c0a rlgi hgc vung cu so girio dgc d4i hoc thnnh vi0n: Quf'dt dinh sd 6950iQE-Ef lDN 0l thring l2 nfm ]0 i.] c*a (ii6ni dOc Oai hqrc Da Ning v€ vi$c ban hinh Qu1 dlnh nhifrn vr,r, quyin hqrn cfra i](ri hoc Dn h,iing cdc ca so gido clue dqi hgrc thinh vi€n vd citc dun vi rruc thugcr ri.u Ilo C&n cu Tht'ng tu sCI.1512014./TT-BGD&DT IgAy' I5 thang n*m i0l.l cua Bo truur,s {,iilo dgc va RAtr tger r,0 vi*c ban hdnh Quy chti bAo tAo trintr Oq Thq; si: Qu1.it jinh si 598it)B-DI-lBK nga'o'27'12i2016 cria Hifu tru&ng fruang Dqi hgc Biicl, khoa vd vi€c btn hanh Qu1 Clnh dio tao trinh d0 thirc sii C&n cu Qu;1'er dinh s* 4l2/DHBK-DT ngiy A7fiJ3/2018 oira Higu rru&ng Trucrng D.ri lrr.rc lrliich khoa v6 i'icc lirp circ lcrp cao hqc va cdng nhgrr hoc vi€n kh( a K35; c* To trinh sti tt2lT'Ir-XDCD ngiy I 6/A4DAI9 cua khoa Xiy ,lyng cAu dr.'trng r c vicc r"a Qu:,6t dinh giacl de tni vi ngu