Nghiên cứu đánh giá ổn định và biến dạng của đường đắp trên nền đất yếu có xử lý bằng giếng cát, bấc thấm ở Đồng bằng Sông Cửu Long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN VĂN THÀNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH & BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CÓ XỬ LÝ BẰNG GIẾNG CÁT, BẤC THẤM Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60 58 60 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP Hồ Chí Minh , tháng 11/2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - Cán hướng dẫn khoa học: TS LÊ BÁ VINH Cán chấm nhận xét 1:………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:………………………………………… Luận văn thạc sỹ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày….tháng….năm … Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ bao gồm: 1…………………………………………… 2…………………………………………… 3…………………………………………… 4………………………………………… 5…………………………………………… CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập -Tự Do-Hạnh Phúc o0o Tp.HCM, ngày ….tháng….năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN THÀNH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1980 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Khoá ( Năm trúng tuyển): 2011 MSHV: 11864454 1-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH & BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CÓ XỬ LÝ BẰNG GIẾNG CÁT, BẤC THẤM Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 2-NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: 2.1 NHIỆM VỤ: Nghiên cứu, đánh giá ổn định biến dạng đắp đất yếu có xử lý bấc thấm, từ giúp cho người kỹ sư có sở lý luận xác việc lựa chọn thông số thiết kế cho cơng trình 2.2 NỘI DUNG Mở đầu Chương 1: Tổng quan vấn đề ổn định & biến dạng đường đắp đất yếu có xử lý giếng cát ,bấc thấm vùng đồng sông Cửu long Chương 2: Cơ sở lý thuyết vấn đề ổn định & biến dạng đường đắp đất yếu có xử lý giếng cát, bấc thấm Chương 3: Phân tích đánh giá ổn định & biến dạng cơng trình thực tế: đường Nối Cần Thơ Vị Thanh, Cơng trình Quốc Lộ 91B, Cơng Trình Đường Nguyễn Văn Cừ Nối Dài Các kết luận kiến nghị 3.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/01/2013 4.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2013 5.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ BÁ VINH Nội dung đề cương Luận văn thạc sỹ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS LÊ BÁ VINH PGS.TS VÕ PHÁN LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập nghiên cứu thực Luận văn, ngồi nỗ lực thân cịn có hướng dẫn nhiệt tình Thầy Cơ giúp đỡ nhiệt tình bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS LÊ BÁ VINH, người tận tình hướng dẫn hết lịng giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Tôi xin trân thành tri ân sâu sắc đến Thầy Cơ mơn Địa Cơ Nền Móng Thầy Cơ trực tiếp giảng dạy khố Cao học 2011 Cần Thơ Tôi xin chân thành cảm ơn động viên giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện tốt để hồn thành khố học Cuối tơi xin gửi đến gia đình với lịng biết ơn vơ hạn động viên tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học tập Xin chân thành cảm ơn! TP, Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 11 năm 2013 Nguyễn Văn Thành Tóm tắt Luận văn Khi xây dựng cơng trình đường đắp đất yếu mà đặc biệt vùng Đồng Sông Cửu Long ,cơng trình thường xảy vấn đề ổn định độ lún cố kết trình thi công xây dựng Hiện thông thường thiết kế người kỹ sư dựa vào số liệu địa chất từ đưa giải pháp thiết kế thi cơng cơng trình Điều phù hợp xây dựng cơng trình điều kiện địa chất tương đối tốt, xảy bất lợi không khả thi xây dựng cơng trình đất yếu.Chính việc nghiên cứu đánh giá vần đề ổn định biến dạng giai đoạn lập hồ sơ thiết kế xây dựng quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu kinh tế tính bền vững cơng trình đưa vào khai thác Trong luận văn tác giả nghiên cứu phương pháp đánh giá độ ổn định biến dạng đường dựa vào số liệu quan trắc trường: Matsuo-Kawamura; Tominaga-Hashimoto; Asaoka; Hyperbolic, đồng thời xây dựng biểu đồ Matsuo điều kiện địa chất Việt Nam Kiểm chứng giả thuyết GS Dương Học Hải tính toán độ cố kết cắm bấc thấm nhỏ vùng gây lún Abstract When construction of embankment on soft ground but especially in the Mekong Delta, the process usually occurs about stability issues and settlement consolidation in the process of construction Now usually when people design engineers rely on geological data from which provide solutions to design and construction This is appropriate only when the construction of the geological conditions are relatively good, it can happen and no feasible disadvantage when building on soft ground works Therefore, the study of the assessment of stability problems and distortions in the stage of design documents as well as the construction is very important, it affects economic efficiency and sustainability of buildings when put into operation In this paper the authors study the evaluation method and the stability of the roadbed deformation based on field observation data: Matsuo-Kawamura; Tominaga-Hashimoto; Asaoka, Hyperbolic, and build charts Matsuo in geological conditions in Vietnam Verification of the hypothesis professor Duong Hoc Hai of computing consolidation when the smaller drain affecta area TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN I.THÔNG TIN CÁ NHÂN - Họ tên: Nguyễn Văn Thành - Ngày tháng năm sinh: 18/01/1980 - Địa liên lạc: 141/34B đường 30/4 phường Hưng Lợi, Quận Ninh Kiều TP Cần Thơ - Nơi công tác: Trường ĐH Tây Đô - Điện thoại: 0986.863.993 II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : -1999-2004: Học ĐH Cần Thơ chuyên ngành Cơng Trình Thủy -2011-đến nay: Học viên cao học trường ĐH Bách Khoa, chuyên ngành Điạ kỹ thuật xây dựng III Q TRÌNH CƠNG TÁC: -2004-2006: Cơng ty CP xây dựng Giao Thơng Sóc trăng -2006-2009: Cơng ty CP xây lắp & vật tư xây dựng -2009- đến nay: Trường ĐH Tây đô Công ty CP xây dựng Phú Hưng MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang I.Đặt vấn đề nghiên cứu .1 II Mục tiêu nghiên cứu III Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH & BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU CÓ XỬ LÝ GIẾNG CÁT, BẤC THẤM Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 1.1 Đ ất yếu vùng ĐBSCL: 1.1.1 Cấu trúc địa chất: 1.1.2 Phân bố đất yếu ĐBSCL: .3 1.2 Những giải pháp cải tạo đất yếu nay: 1.2.1 Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát: 1.2.2 Phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm 1.2.3 Phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm 1.2.4 Phương pháp cọc đất trộn ximăng 1.3 G iới thiệu số phương pháp cải tạo đất yếu ĐBSCL 1.3.1 Xử lý đất yếu phương pháp đệm cát: 1.3.2 X lý đất yếu phương pháp giếng cát: 1.3.3 Xử lý đất yếu phương pháp bấc thấm: 10 1.4 Các cố điển hình cơng trình đường ĐBSCL .13 1.4.1 Sự số lún đường quốc lộ 91B: 13 1.4.2 Sự số lún đường quốc lộ 61B: 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH & BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CÓ XỬ LÝ BẰNG GIẾNG CÁT, BẤC THẤM 2.1 Tính tốn ổn định theo phương pháp giải tích: .14 2.2 Tí nh tốn biến dạng theo phương pháp giải tích: 18 2.2.1 Những vấn đề chung tính tốn biến dạng cơng trình đường: .18 2.2.2 Độ lún đất: 20 2.2.3 Dự tính độ tăng sức chống cắt đất: 21 2.3 C sở tính tốn cho cô kết thấm: 22 2.3.1 Các giả thiết toán cố kết: 22 2.3.2 L ời giải tích cho tốn cố kết thấm: 23 2.3.3 Lý thuyết tính tốn bấc thấm: 24 2.3.4 Một số kết nghiên cứu trước: 26 2.4 Đánh giá ổn định biến dạng theo phương pháp số: 27 2.4.1Giới thiệu phương pháp số:…………………………………………………………27 2.4.2 Phương pháp mô phỏng:……………………………………………………………28 2.5.Đánh giá ổn định biến dạng theo phương pháp phân tích số liệu quan trắc:… 31 2.5.1 Đánh giá ổn định theo phương pháp Matsuo:………………………………… 31 2.5.2 Đánh giá ổn định theo phương pháp Tominaga-Hashimoto:…………………31 2.5.3.Phân tích ngược độ lún quan trắc theo phương pháp Akira Asaoka 1978):…………………………………………………………………………………… …….32 2.5.4 Phân tích ngược độ lún quan trắc theo phương pháp hyperbolic:………… 34 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH & BIẾN DẠNG CÁC CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG THỰC TẾ: ĐƯỜNG NỐI CẦN THƠ VỊ THANH, QUỐC LỘ 91B , ĐƯỜNG NGUYỄN VĂN CỪ NỐI DÀI TP CẦN THƠ 3.1 Mơ tả cơng trình:………………………………………………………………….36 3.1.1 Đường nối Cần Thơ Vị Thanh….…………………….………………………….36 3.1.2 Quốc Lộ 91B:…………………………………………… ……………………… 45 3.1.3 Đường Nguyễn Văn Cừ Nối Dài:………… ………… ……………………… 46 3.2 Mơ tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn:……………………47 3.2.1 Mô theo phương án (mô vùng cắm bấc thấm thành khối tương đương )…………………………………………………………………………………48 3.2.2 Mô theo phương án ( Sử dụng phần tử Drain mô làm việc đất có xử lý bấc thấm)……………………………… …………………………… 57 3.3.3 So sánh kết tính tốn với quan trắc thực tế……….……… ………….64 3.3 Phân tích ngược độ lún độ lún số liệu quan trắc:…………….… ………… 70 3.3.1 Phương pháp Asaoka:……………………………………………… …….……….70 3.3.2 Phương pháp Hyperbolic:……………………………………………… ……… 75 3.3.3 Tính tốn lún phương pháp PTHH:……………… …….……………… 79 3.4 Đánh giá ổn định ổn định đường đắp :……………………………………… 81 3.4.1 Đặt vấn đề:…………………………………………… ……………………………81 3.4.2 Phương Pháp Matsuo-Kawamura:………………… ………………………… 90 3.4.3 Phương pháp Tominaga-Hashimoto:…………………………………………….94 3.4.4 Xác định giới hạn ổn định đắp theo phương pháp Matsuo với điều kiện địa chất Việt Nam:…………………….…………………………………………….99 3.5 Xác định tốc độ đắp thích hợp………………….……………………………….102 3.6 Kiểm chứng giả thuyết GS Dương Học Hải:……… ……………….…….104 3.6.1 Giới thiệu giả thuyết:……….……….………………………… ……………….104 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Nhận Xét: Ta thấy theo phương pháp Tominaga- Hashimoto đường tính tốn vượt qua đường Ux=0,4Uy ý quan trắc theo dõi kiểm sốt ổn định.Khi đường tính tốn vượt qua đường Ux=0,5Uy dừng đắp, dựa vào kết tính tốn mơ tả biểu đồ ta nhận thấy: -Biểu đồ hình 3.72 cơng trình Đường nối Cần Thơ Vị Thanh điểm có Msf 1 nằm ngồi đường Ux=0,5Uy điều cho thấy kết tính tốn có sai lệch so với biểu đồ Tominaga-Hashimoto -Biểu đồ hình 3.73 cơng trình Đường Quốc Lộ 91B điểm có Msf 1 nằm đường Ux=0,5Uy điều cho thấy kết tính tốn tương đối phù hợp với biểu đồ Tominaga-Hashimoto.Tuy nhiên cịn vài điểm có sai lệch nhỏ kết tính tốn so với đường chuẩn Ux=0,5Uy Tominaga-Hashimoto -Biểu đồ hình 3.74 cơng trình Đường Nguyễn Văn Cừ Nối dài điểm có Msf 1 nằm đường Ux=0,5Uy điều cho thấy kết tính tốn tương đối phù hợp với biểu đồ Tominaga-Hashimoto.Tuy nhiên vài điểm có sai lệch nhỏ kết tính tốn so với đường chuẩn Ux=0,5Uy TominagaHashimoto So sánh hai phương pháp Matsuo -Kawamura Tominaga –Hashimoto ta nhận thấy : điểm xét biểu đồ Matsuo ổn định (nằm đường FOS = 1) chiếu biểu đồ Tominaga ta thấy không ổn định ( vượt qua đường giới hạn Ux=0.5Uy), điểm xét biểu đồ Matsuo không ổn định ( nằm đường FOS =1) chiếu biểu đồ Tominaga ta thấy không ổn định ( nằm đường Ux=0,5Uy) Nhưng xét theo tiêu chuẩn việt nam 22TCN262-2000 điều Trang 100 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH kiện ổn định [1,2] biểu đồ Matsuo cho ba cơng trình tương đối phù hợp.Trong biểu đồ Tominaga hai cơng trình Quốc Lộ 91 Nguyễn Văn Cừ Nối Dài tương đối phù hợp,cơng trình đường Cần thơ Vị Thanh chưa phù hợp với biểu đồ Tominaga Như cần nhiều cơng trình nghiên cứu thêm để đánh giá biểu đồ Tominaga cách đắn điều kiện Việt Nam 3.4.4 Xác định giới hạn ổn định đắp theo phương pháp Matsuo với điều kiện địa chất Đồng Bằng Sông Cửu Long: a Đặt vấn đề: Từ số liệu quan trắc cơng trình khác với điều kiện địa chất khác nhật Bản, GS Matsuo-Kawamura cộng cuả xây dựng nên biểu đồ đánh giá ổn định đắp, quan trọng biểu đồ đường giới hạn FOS=1, số liệu quan trắc vượt lên đường bị ổn định, ngược lại số liệu quan trắc nằm đường ổn định.Chính ý nghiã đường mà tác giả mốn xây dựng đường đánh giá ổn định dựa vào điều kiện địa chất cơng trình: Đường Nối Cần Thơ Vị Thanh, Quốc Lộ 91B, Đường Nguyễn Văn Cừ Nối Dài Để làm điều tác giả tiến hành tính toán lại hệ số ổn định cho tất trường hợp tính tốn luận văn, thấy trường hợp hệ số ổn định Msf gần tác giả tiến hành bước thay đổi chiều cao đắp gia tải tính lại hệ số ổn định Nếu hệ số ổn định Msf gần ( cho phép sai lệch 0,05) tác giả tính tốn lại giá trị chuyển vị đứng Uy giá trị chuyển vị ngang Ux lớn sau đắp tải Từ giá trị tác giả vẽ đường giống phương pháp Matsuo tiến hành từ số liệu quan trắc cơng trình Nhật So sánh đường ổn định xây dựng lên đường ổn định nguyên thủy Matsuo để rút kết lận nhận xét Trang 101 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH b Minh hoạ cho trường hợp tính tốn: Hình 3.77 Minh hoạ tính tốn với Msf=1 Hình 3.78 Biểu đồ hệ số ổn định Msf gần Trang 102 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Hình 3.79 Biểu đồ chuyển vị đứng trường hợp Msf gần Hình 3.80 Biểu đồ chuyển vị ngang trường hợp Msf gần Kết tính tốn với trường hợp: Msf 1,029 1,009 1,017 1,026 1,038 1,031 1,019 1,007 0,988 Ux 0,631 0,778 0,615 0,704 0,568 0,697 0,715 0,734 0,755 Uy 0,585 0,804 1,695 1,301 0,688 1,048 1,250 1,361 1,626 Ux/Uy 1,077 0,968 0,363 0,541 0,826 0,655 0,572 0,540 0,464 Trang 103 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Hình 3.81 Biểu đồ so sánnh FOS=1 tính tốn với FOS=1 Matsuo Nhận xét: Ta nhận thấy biểu đồ đường FOS=1 tính tốn dựa vào số liệu địa chất Đường Nối Cần Thơ Vị Thanh, Quốc Lộ 91B, Đường Nguyễn Văn Cừ Nối Dài, gần với biểu đồ nguyên thủy Matsuo-Kawamura cộng xây dựng Như dựa vào điều kiện địa chất Việt Nam phương pháp phần tử hữu hạn ta xây dựng đường giới hạn ổn định cho đắp theo phương pháp Matsuo 3.5 XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐẮP THÍCH HỢP Nếu tốc độ gia tải nhanh làm tăng nhanh tốc độ cố kết cho giảm thời gian thi cơng, nhiên gia tải q nhanh làm cho đất chưa kịp cố kết gây tượng ổn định.Trong hồ sơ thiết kế cơng trình u cầu tốc độ gia tải 6.5cm/ngày Vì tác giả muốn kiểm tra lại tốc độ gia tải hợp lý hay chưa cách thay đổi tốc độ gia tải khác để tính lại hệ số ổn định cho trường hợp Theo tiêu chuẩn 22TCN262-262-2000 hệ số ổn định đắp [K] >=1,2 Trang 104 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Số liệu tính tốn lấy từ cơng trình Đường Nối Cần Thơ Vị Thanh với chiều sâu cấm bấc thấm 17m, khoảng cách cấm bấc thấm 1,2m Tốc độ gia 3,5 6,5 9,5 11 12,5 14 15,5 1,815 1,433 1,328 1,192 1,126 1,064