Nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu và thiết kế giải pháp xử ký nền đường đoạn từ cầu thịnh long đến khu công nghiệp rạng đông tỉnh nam định

i LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành, thành cố gắng, nỗ lực giúp đỡ tận tình thầy môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, đặc biệt hướng dẫn khoa học thầy TS Bùi Văn Trường Em xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, tận tâm hướng dẫn khoa học suốt trình từ lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Địa kỹ thuật, Khoa cơng trình giúp đỡ tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp Trường cao đẳng thủy lợi Bắc Bộ Công ty cổ phần tư vấn xây dựng cơng trình giao thơng (TECCO2) cung cấp số liệu cần thiết tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thí nghiệm phòng tác nghiệp trường Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2015 Tác giả Đỗ Xuân Nguyên ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu kết trình bày luận văn thật, có nguồn gốc rõ ràng, chưa công bố công trình nghiên cứu Tác giả Đỗ Xuân Nguyên iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU 1.1.1 Khái niệm đất yếu 1.1.2 Khái niệm cấu trúc đất yếu 1.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.2.1 Mục đích cơng tác xử lý đất yếu 1.2.2 Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xây dựng khối đắp cấu trúc đất yếu8 1.2.3 Một số phương pháp xử lý đất yếu: 1.2.3.1 Phương pháp xử lý đệm cát 1.2.3.3 Bệ phản áp 1.2.3.4 Gia tải trước 1.2.3.5 Gia cố vải địa kĩ thuật 10 1.2.3.6 Xử lý đất yếu cọc cát 10 1.2.3.7 Xử lý đất yếu giếng cát kết hợp gia tải trước 11 1.2.3.8 Xử lý cọc đất vôi 11 1.2.3.9 Xử lý cọc đất xi măng 12 1.2.3.10 Xử lý đất yếu bấc thấm gia tải trước 13 1.2.3.11 Xử lý đất yếu bấc thấm gia tải hút chân không 14 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG 18 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH 18 iv 2.1.1 Đặc điểm, quy mô công trình 18 2.1.2 Các thông số vật liệu tải trọng cơng trình 19 2.1.2.1 Các thông số, yêu cầu vật liệu sử dụng 19 2.1.2.2 Chiều cao đắp tải trọng tính tốn 21 2.1.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật cơng trình: 22 2.2 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐNA KỸ THUẬT 23 2.2.1 Đặc điểm địa chất cơng trình khu vực nghiên cứu 23 2.2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 23 2.2.1.2 Đặc điểm địa chất Đệ Tứ 23 2.2.1.3 Điều kiện địa chất thủy văn 24 2.2.2 Đặc điểm địa tầng tính chất lý đất 25 2.2.3 Phân chia cấu trúc đất yếu 31 2.2.3.1 Cơ sở phân chia cấu trúc 31 2.2.3.2 Phân chia cấu trúc 33 2.2.4 Dự báo vấn đề địa kỹ thuật cơng trình 35 2.2.4.1 Các sở dự báo vấn đề địa kỹ thuật 35 2.2.4.2 Các phương pháp tính tốn 39 2.2.4.3 Kết tính tốn ổn định 46 2.3 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG 59 2.3.1 Luận chứng giải pháp xử lý đất yếu 59 2.3.2 Phân đoạn tuyến đường, lựa chọn giải pháp xử lý 62 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 64 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG 67 3.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 67 3.1.1 Cơ sở lý thuyết cố kết thấm 67 3.1.2 Tính độ lún cố kết xử lý bấc thấm, giếng cát - toán cố kết đối xứng trục 68 3.1.4 Cải tạo đất yếu cọc đất xi măng 72 v 3.1.4.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 72 3.1.4.2 Phương pháp tính tốn xử lý cọc đất xi măng 73 3.1.5 Giá trị gia tăng sức kháng cắt theo giai đoạn đắp 75 3.1.6 Kiểm toán ổn định trượt đường sau xử lý 76 3.2 THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG 76 3.2.1 Thiết kế giải pháp xử lý đất yếu bấc thấm 76 3.2.1.1 Các thông số vật liệu sử dụng, tính tốn 76 3.2.1.2 Trình tự thi cơng xử lý đất yếu 76 3.2.1.3 Các kết tính tốn 77 3.2.2 Thiết kế giải pháp xử lý đất yếu giếng cát 83 3.2.3 Thiết kế giải pháp xử lý đất yếu cọc đất xi măng 86 3.2.3.1 Quy trình thi cơng cọc đất xi măng theo cơng nghệ Jet Grouting 86 3.2.3.2 Quy trình thiết kế cọc xi măng đất 87 3.2.3.3 Thí nghiệm mẫu đất xi măng 88 3.2.3.4 Thí nghiệm xác định cường độ kháng nén mẫu đất xi măng 91 3.2.3.5 Lựa chọn hàm lượng xi măng 95 3.2.3.6 Các kết tính tốn cọc đất xi măng 96 3.2.4 Kiểm tra độ ổn định giải pháp xử lý 98 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 100 KẾT LUẬN 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 CÁC PHỤ LỤC TÍNH TỐN 106 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thi cơng cọc cát 10 Hình 1.2: Xử lý cọc vơi, cọc xi măng đất 11 Hình 1.3: Sơ đồ cơng nghệ Jet - grouting 12 Hình 1.4 : Thi cơng bấc thấm 13 Hình 1.5: Sơ đồ ngun lý phương pháp cố kết hút chân khơng 14 Hình 1.6 : Sơ đồ cơng nghệ phương pháp MVC 15 Hình 1.7 : Sơ đồ công nghệ phương pháp Beaudrain 16 Hình 2.1: Sơ đồ minh họa mặt cắt thiết kế điển hình MCĐH1 tuyến 18 Hình 2.2: Cấu tạo bấc thấm 20 Hình 2.3: Sơ đồ tính tốn tải trọng xe 21 Hình 2.4: Sơ đồ xác định chiều cao đắp bù lún 22 Hình 2.5: Sơ đồ mặt cắt địa chất cơng trình 32 Hình 2.6: Sơ đồ minh họa kiểu cấu trúc 33 Hình 2.7a: Mặt cắt cấu trúc I, lý trình Km + 900 - km 5+260 34 Hình 2.7b: Mặt cắt cấu trúc IIa, lý trình Km + 600 - km 7+800 34 Hình 2.7c: Mặt cắt cấu trúc IIb, lý trình Km + 800 - km 9+100 35 Hình 2.8: Sơ đồ phân tích tốn ổn định 38 Hình 2.9: Sơ đồ tính ổn định trượt theo phương pháp Bishop 39 Hình 2.10: Sơ đồ xác định Nc theo phương pháp Mandle- Salencon [15] 40 Hình 2.11: Sơ đồ tính tốn ổn định trượt có vải địa kỹ thuật gia cường 41 Hình 2.12: Biểu đồ phân tích ứng suất 47 Hình 2.13: Sơ đồ mặt cắt tính tốn phần mềm Plaxis MC1 50 Hình 2.14: Lưới biến dạng phân tích phần mềm Plaxis 50 Hình 2.15: Biểu đồ lún theo thời gian phân tích phần mềm Plaxis 51 Hình 2.16a: Biểu đồ so sánh độ lún đắp kiểu cấu trúc 53 Hình 2.16b: Biểu đồ so sánh độ cố kết theo cấu trúc 53 vii Hình 2.17: Sơ đồ tính tốn ổn định trượt mặt cắt MC1 56 Hình 2.18: Sơ đồ phân tích lực lên lăng thể đất 57 Hình 2.19: Cung trượt trụ trịn phân tích MC1 58 Hình 2.20: Sơ đồ đường lún gia tải 63 Hình 3.1: Sơ đồ bố trí mặt lưới giếng cát 70 Hình 3.2: Sơ đồ tính lún cọc đất xi măng (theo phương pháp Brom) 74 Hình 3.3: Biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian giai đoạn đắp 78 Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ độ cố kết - thời gian – khoảng cách bấc thấm 79 Hình 3.5: Biểu đồ lựa chọn khoảng cách sơ đồ bấc thấm tuyến 80 Hình 3.6 : Mơ hình tính tốn bấc thấm phần mềm plaxis 81 Hình 3.7 : Biểu đồ quan hệ độ cố kết chiều sâu theo thời gian xử lý 82 Hình 3.8: Biểu đồ lựa chọn lưới bố trí khoảng cách giếng cát 84 Hình 3.9 : Mơ hình tính tốn giếng cát phần mềm Plaxis 85 Hình 3.10: Sơ đồ cơng nghệ thi cơng phương pháp Jets Grouting 86 Hình 3.11: Sơ đồ quy trình thiết kế cọc xi măng đất 87 Hình 3.12: Mẫu đất chuNn bị để trộn xi măng 88 Hình 3.13a: Trộn đúc mẫu thí nghiệm 90 Hình 3.13b: Bảo dưỡng mẫu đất trộn xi măng 90 Hình 3.14: Thiết bị xác định cường độ kháng nén trục 91 Hình 3.14: Thiết bị xác định cường độ kháng nén trục 92 Hình 16a: Cường độ kháng nén mẫu đất lớp 3b trộn xi măng 94 Hình 16b: Cường độ kháng nén mẫu đấtlớp trộn xi măng 94 Hình 16c: Cường độ kháng nén mẫu đất lớp trộn xi măng 95 Hình 17: Mơ hình phân tích tốn cọc xi măng đất 97 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Kết phân tích thành phần hóa học mẫu nước 25 Bảng 2.2a: Giá trị tiêu chuNn tiêu lý lớp đất Đ lớp 26 Bảng 2.2b: Giá trị tiêu chuNn tiêu lý lớp đất 27 Bảng 2.2c: Giá trị tiêu chuNn tiêu lý lớp đất 3a 3b 27 Bảng 2.2d: Giá trị tiêu chuNn tiêu lý lớp đất lớp 28 Bảng 2.2e: Giá trị tiêu chuNn tiêu lý lớp đất lớp 29 Bảng 2.2f: Giá trị tiêu chuNn tiêu lý lớp đất lớp 8a 30 Bảng 2.3a: Phân đoạn tuyến theo cấu trúc I mặt cắt điển hình 36 Bảng 2.3b: Phân đoạn tuyến theo cấu trúc IIa mặt cắt điển hình 36 Bảng 2.3c: Phân đoạn tuyến theo cấu trúc IIb mặt cắt điển hình 37 Bảng 2.4: Bảng tổng hợp mặt cắt lựa chọn tính tốn 38 Bảng 2.5: Kết tính tốn độ lún mặt cắt ví dụ MC1 48 Bảng 2.6: Kết tính tốn độ lún theo thời gian mặt cắt MC1 49 Bảng 2.7: Tổng hợp kết phân tích lún chưa xử lý 51 Bảng 2.8: Kết phân tích độ lún theo chiều cao đắp 52 Bảng 2.9: Bảng kết tính tốn hệ số ổn định lún trồi 55 Bảng 2.10: Bảng tổng hợp kết tính tốn hệ số ổn định 57 Bảng 2.11: Giá trị độ lún cố kết lớp đất yếu 60 Bảng 2.12: Lựa chọn giải pháp xử lý đoạn tuyến 63 Bảng 3.1 : Kết tính tốn thời gian xử lý bấc thấm 78 Bảng 3.2 : Kết tính tốn bấc thấm theo độ sâu xử lý 82 Bảng 3.3 : Kết tính tốn thời gian xử lý giếng cát 83 Bảng 3.4 : Kết tính tốn giếng cát theo độ sâu xử lý 85 Bảng 3.5: Tổng hợp số lượng mẫu đất trộn xi măng 89 ix Bảng 3.6a : Kết thí nghiệm nén mẫu đất lớp 3b trộn xi măng 92 Bảng 3.6b : Kết thí nghiệm nén mẫu đất lớp trộn xi măng 93 Bảng 3.6c : Kết thí nghiệm nén mẫu đất lớp trộn xi măng 93 Bảng 3.7 : Bảng tính cường độ đất xi măng theo khoảng cách bố trí 96 Bảng 3.8: Các thơng số tính tốn đất trộn xi măng 96 Bảng 3.9: Bảng tính cọc đất xi măng theo độ sâu xử lý MC1 97 Bảng 3.10: Độ lún cọc đất xi măng theo độ sâu xử lý 97 Bảng 3.11: Kết phân tích ổn định trượt sau xử lý bấc thấm 99 Bảng 3.12: Kết phân tích ổn định trượt sau xử lý giếng cá 99 Bảng 3.13: Hệ số ổn định mặt cắt chiều sâu xử lý 99 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đoạn đường từ cầu Thịnh Long đến khu công nghiệp Rạng Đông thuộc tuyến đường trục kết nối vùng kinh tế biển tỉnh Nam Định với đường cao tốc Cầu Giẽ Ninh Bình Vị trí xây dựng thuộc địa bàn huyện Nghĩa Hưng tỉnh Nam Định có vị trí quan trọng chiến lược phát triển kinh tế vùng Đồng Bằng Bắc Bộ nói chung vùng trọng điểm Nam Định; phục vụ giao lưu phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo an ninh, quốc phòng, du lịch hồn thiện mạng lưới giao thơng khu vực đồng Bắc Bộ Đoạn đường có điểm đầu tuyến giao với TL490C đường lên cầu Thịnh Long, tuyến qua khu đất nông nghiệp giáp khu dân cư xóm 1, xóm thuộc địa phận xã Nghĩa Bình, tuyến giao với đê hữu sơng Ninh Cơ Km3+100, sau ngồi đê, qua cánh đồng tơm đến Km 5+500 chạy sát đê vượt sông Phú Lợi Km6+100, tuyến giao cắt vào đê, giáp khu dân cư thôn Quần Vinh xã Nghĩa Phúc đến sông Quần Vinh Km7+100; tuyến chạy song song với đê hữu sơng Ninh Cơ đến đèn Hải Đăng Cơng trình thiết kế theo tiêu chuNn đường cấp II đồng với chiều dài tuyến 9.500m Số liệu khảo sát địa chất cơng trình dọc tuyến cho thấy khu vực dự kiến xây dựng có điều kiện địa chất khơng đồng Các lớp đất yếu nằm gần bề mặt, phân bố toàn tuyến với chiều dày biến đổi Do vậy, việc xây dựng tuyến đường phải có biện pháp xử lý đất yếu đảm bảo điều kiện ổn định, điều kiện khai thác bình thường bền vững tuyến đường Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý đất yếu, lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp phải dựa phân tích, so sánh, đánh giá đặc điểm cấu trúc với quy mô yêu cầu kỹ thuật đặt cho cơng trình Tuy nhiên, với chiều dài tuyến lớn, khối lượng tính tốn nhiều, cần phải phân chia cấu trúc nền, lựa chọn mặt cắt tính tốn hợp lý đặc điểm cấu trúc địa chất quy mô, tải trọng cơng trình Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu cấu trúc đất yếu thiết kế giải pháp xử lý đường, đoạn từ cầu Thịnh Long đến khu công nghiệp Rạng Đơng tỉnh Nam Định” 92 Hình 3.15: Mẫu đất trộn xi măng phá hoại sau nén Với mẫu đất cát pha (lớp đất 3b) trộn xi măng, kết thí nghiệm kháng nén xác định cường độ qu theo 7, 14, 28 ngày tuổi cho bảng 3.6a: Bảng 3.6a : Kết thí nghiệm nén mẫu đất lớp 3b trộn xi măng Cường độ kháng nén trục mẫu đất qu (kG/cm2) Lượng xi măng 75 100 150 175 200 225 Tỷ lệ XM/Đ (%) 4,9 6,6 9,9 11,5 13,2 14,8 ngày tuổi 3,60 4,32 5,15 7,31 8,34 13,59 14 ngày tuổi 4,43 4,94 6,18 8,23 9,98 16,26 28 ngày tuổi 4,73 5,56 7,20 8,95 11,84 18,22 Hệ số cường độ quy 28 ngày tuổi K7 0,76 0,78 0,71 0,82 0,70 0,75 K14 0,93 0,89 0,86 0,92 0,84 0,89 - Với mẫu đất sét pha trạng thái chảy đến dẻo chảy (lớp đất 4) trộn xi măng, kết thí nghiệm kháng nén xác định cường độ qu theo 7, 14, 28 ngày tuổi cho bảng 3.6b: 93 Bảng 3.6b : Kết thí nghiệm nén mẫu đất lớp trộn xi măng Cường độ kháng nén trục mẫu đất qu (kG/cm2) Lượng xi măng 75 100 125 150 175 200 225 250 Tỷ lệ XM/Đ (%) 5,77 7,69 9,62 11,54 13,46 15,38 17,31 19,23 ngày tuổi 2,06 2,33 3,35 4,11 4,93 6,58 10,14 12,61 14 ngày tuổi 2,55 3,04 3,87 4,93 6,17 8,77 11,37 15,07 28 ngày tuổi 3,15 3,43 4,39 5,62 7,13 9,46 13,70 17,40 Hệ số cường độ quy 28 ngày tuổi K7 0,65 0,68 0,76 0,73 0,69 0,70 0,74 0,72 K14 0,81 0,89 0,88 0,88 0,87 0,93 0,83 0,87 - Với mẫu đất sét trạng thái chảy đến dẻo chảy (lớp đất 5) trộn xi măng, kết thí nghiệm kháng nén xác định cường độ qu theo 7, 14, 28 ngày tuổi cho bảng 3.6c: Bảng 3.6c : Kết thí nghiệm nén mẫu đất lớp trộn xi măng Cường độ kháng nén trục mẫu đất qu (kG/cm2) Lượng xi măng 75 100 125 150 175 200 225 250 Tỷ lệ XM/Đ (%) 6,20 8,26 10,33 12,40 14,46 16,53 18,60 20,66 ngày tuổi 1,50 1,94 3,04 3,83 4,71 5,86 8,50 9,47 14 ngày tuổi 1,94 2,38 3,65 5,02 5,77 7,57 10,52 12,20 28 ngày tuổi 2,25 3,08 3,92 5,37 6,47 8,63 12,28 14,66 Hệ số cường độ quy 28 ngày tuổi K7 0,67 0,63 0,78 0,71 0,73 0,68 0,69 0,65 K14 0,86 0,77 0,93 0,93 0,89 0,88 0,86 0,83 Biểu đồ biểu diễn quan hệ hàm lượng xi măng cường độ nén qu theo ngày tuổi lớp đất biểu diễn hình 3.16a ÷ 3.16c 94 Biểu đồ quan hệ qu hàm lượng xi măng (mẫu KH26 - lớp đất 3b) C ng độ nén q u (kG /cm ) 20.0 18.0 16.0 14.0 ngày tuổi 12.0 14 ngày tuổi 10.0 28 ngày tuổi 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 50 100 150 200 250 Hàm lượng xi măng (kg/m ) Hình 16a: Cường độ kháng nén mẫu đất lớp 3b trộn xi măng Biểu đồ quan hệ qu hàm lượng xi măng (mẫu KH25 - lớp đất 4) C ng độ nén q u (kG /cm2 ) 20.0 18.0 16.0 14.0 ngày tuổi 12.0 14 ngày tuổi 10.0 28 ngày tuổi 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 50 100 150 200 250 300 Hàm lượng xi măng (kg/m ) Hình 16b: Cường độ kháng nén mẫu đấtlớp trộn xi măng 95 Biểu đồ quan hệ qu hàm lượng xi măng (mẫu KH27 - lớp đất 5) Cường độ nén q u (kG /cm2 ) 20.0 18.0 16.0 14.0 ngày tuổi 12.0 14 ngày tuổi 10.0 28 ngày tuổi 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 50 100 150 200 250 300 Hàm lượng xi măng (kg/m ) Hình 16c: Cường độ kháng nén mẫu đất lớp trộn xi măng Qua biểu đồ biểu diễn cường độ đất xi măng theo ngày tuổi hàm lượng xi măng cho thấy rằng: tỷ lệ trộn nhỏ 175kG/1m3đất gia tăng cường độ mẫu đất theo tỷ lệ trộn thấp so với hàm lượng trộn lớn 175 kG/1m3đất, điều có ý nghĩa việc điều chỉnh hàm lượng xi măng thiết kế 3.2.3.5 Lựa chọn hàm lượng xi măng Hàm lượng xi măng lựa chọn để thiết kế sở cơng trình đắp sau xử lý phải ổn định cường độ Vì vậy, áp dụng cơng thức (3.21) để xác định cường độ thiết kế mẫu đất xi măng, sở tìm hàm lượng xi măng thiết kế Với chiều cao đắp lớn mặt cắt tính tốn MC1, lý trình km + 757, ta có H = 5,24m hoạt tải qx = 1,29 T/m2 Ta có cường độ tải trọng tác dụng xuống xác định sau: q = γđ.H + qx = 1,90* 5,24 + 1,29 = 11,25 T/m2; Để đất sau xử lý ổn định thì: q ≤ Rsp qu ≥ R sp k.k ' R s β.a s (1 − a s ) 96 Với: k =2, k’ = 1,5, β = 0,6 Rs: Sức chịu tải cho phép đất Tại mặt cắt này, lớp đắp lớp 3a, cường độ chịu tải lớp đất 3a xác định sau; Rs =m.(A.b.γ + B q + D.c) Với m =1, γ = 1,82 T/m2, c = 0,73 T/m2, ϕ = 6,170; btb = 41m, h = 1,0m; Tra bảng: A =0,10; B =1,40; D =3,73 Thay vào công thức ta được: Rs = 0,10*41*1,82+1,40*1,82*1+3,73*0,73 =12,73 T/m2 Chọn đường kính cọc d = 0,6m, khoảng cách bố trí cọc đất xi măng từ 1,6m, 1,8m, 2,0m, 2,2m Khi qu xác định thông qua bảng 3.7: Bảng 3.7 : Bảng tính cường độ đất xi măng theo khoảng cách bố trí Khoảng cách, D 1,60 m 1,80m 2,00m 2,20m Ô Tam Ô Tam Ô Tam Ô Tam vuông giác vuông giác vuông giác vuông giác Hệ số as 0,11 0,13 0,09 0,10 0,07 0,08 0,06 0,07 qu (T/m2) 45,13 39,07 53,95 49,10 67,88 60,04 78,35 67,88 Lưới bố trí Từ bảng 3.7, ta chọn khoảng cách bố trí D = 2,00 Cọc bố trí theo lưới tam giác đều, qu ≥ 60,88T/m2 Đối chiếu với số liệu nén mẫu đất trộn xi măng phòng, hàm lượng xi măng cho thiết kế 175kg 1m3 có cường độ đạt yêu cầu Với hàm lượng xi măng, ta có số liệu đất trộn xi măng cho thiết kế sau: Bảng 3.8: Các thông số tính tốn đất trộn xi măng Mẫu đất xi măng Lớp 3b Lớp Lớp Cường độ kháng nén thí nghiệm, qu kG/cm2 8,95 7,13 6,47 Cường độ kháng nén thiết kế, qc kG/cm2 4,48 3,57 3,24 448 357 324 Mô đun biến dạng, Ec kG/cm 3.2.3.6 Các kết tính tốn cọc đất xi măng Tính toán cọc đất xi măng thực cấu trúc I, mặt cắt 97 MC4 với chiều cao đắp lớn Cọc đất xi măng tính toán với chiều sâu xử lý 10,0m; 12,0m, 14,0 16,0m Kết tính tốn mặt cắt MC1 theo phương pháp Brom [16] trình bày phụ lục số 11A kết tổng hợp bảng số 3.9: Bảng 3.9: Bảng tính cọc đất xi măng theo độ sâu xử lý MC1 Chỉ tiêu tính tốn Độ lún Độ lún xử lý cọc xi chưa xử lý măng đất với chiều sâu (m) 10,0 12,0 14,0 16,0 - 0,16 0,19 0,22 0,24 Độ lún đất S2 (m) 1,05 0,45 0,38 0,31 0,24 Độ lún tổng cộng S (m) 1,05 0,61 0,57 0,53 0,48 - 1,72 1,84 1,98 2,19 Độ lún khối gia cố S1 (m) Hệ số giảm lún Kết tính tốn cọc đất xi măng phần mềm Plaxis với mơ hình tốn minh họa mặt cắt MC1 hình 3.17: Hình 17: Mơ hình phân tích tốn cọc xi măng đất Kết phân tích độ lún theo mặt cắt đại diện cho kiểu cấu trúc với chiều sâu xử lý 10m, 12m, 16m bảng 3.10: Bảng 3.10: Độ lún cọc đất xi măng theo độ sâu xử lý Mặt cắt Chỉ tiêu tính tốn tính tốn MC Độ lún ổn định (m) Độ lún Chiều sâu cọc đất xi măng chưa (m) xử lý 1,14 10,0 12,0 16,0 0,609 0,528 0,413 98 MC (Kiểu IIa) MC (Kiểu IIb) Độ lún sau 200 ngày (m) 0,265 0,242 0,200 Độ lún dư (m) 0,344 0,286 0,213 Độ lún ổn định (m) 0,576 0,534 0,375 0,345 Hệ số giảm lún 0,201 0,189 Độ lún ổn định (m) 0,612 0,536 0,353 0,333 0,259 0,203 Độ lún sau 200 ngày (m) Độ lún sau 200 ngày (m) 0,885 1,09 Hệ số giảm lún Qua kết tính tốn cho thấy, phương pháp tính tốn khối gia cố hỗn hợp đất xi măng bảng tính excel phù hợp với phân tích phần mềm plaxis Trên sở xác định độ lún dư sau xử lý ∆S ≤ 0,2-0,3m , kiểu cấu trúc I với sơ đồ bố trí lựa chọn chiều sâu xử lý 12,0m; kiểu cấu trúc IIa IIb chiều sâu xử lý lựa chọn 10,0m Như vậy, giải pháp xử lý đất cọc đất xi măng độ lún giảm rõ rệt Nếu coi thân khối gia cố biến dạng đàn hồi, áp dụng cơng thức tính tốn (3.22) ta thấy biến dạng khơng đáng kể, không xét đến biến dạng theo thời gian Độ lún cố kết tính toán cho đất khối gia cố, qua bảng tính 3.9 3.10 ta thấy, độ lún giảm tăng độ sâu xử lý Như vậy, nghiên cứu thay đổi độ lún theo chiều sâu xử lý khơng giúp ta có lựa chọn làm giảm biến dạng mà cịn có tác dụng rút ngắn thời gian thi công 3.2.4 Kiểm tra độ ổn định giải pháp xử lý Trên đây, phân tích hiệu cố kết giải pháp xử lý đất yếu lựa chọn, để đánh ổn định trượt làm sở cho việc phân tích lựa chọn giải pháp xử lý cho đoạn tuyến mặt kỹ thuật Phân tích ổn định trượt, tiến hành mặt cắt tính toán bất lợi đại diện cho kiểu cấu trúc với hai giải pháp xử lý bấc thấm giếng cát Sử dụng phần mềm tính tốn Geoslope Plaxis phân tích ổn định theo giai đoạn đắp sau xử lý sau: 99 - Đối với giải pháp xử lý bấc thấm kết hợp gia tải, kết phân tích ổn định trượt trình bày theo bảng 3.11 Bảng 3.11: Kết phân tích ổn định trượt sau xử lý bấc thấm TT Hệ số ổn định trượt Fs Mặt cắt tính Cấu trúc tốn Geoslope Plaxis MC1 I 1,638 1,440 MC4 IIa - 1,480 MC5 IIa 1,876 - MC6 IIb - 1,529 MC7 IIb 1,740 - - Đối với giải pháp xử lý giếng cát kết hợp gia tải, kết phân tích ổn định trượt trình bày theo bảng 3.12 Bảng 3.12: Kết phân tích ổn định trượt sau xử lý giếng cát TT Hệ số ổn định trượt Fs Mặt cắt tính Cấu trúc tốn Geoslope Plaxis MC1 I 1,697 1,495 MC4 IIa - 1,585 MC5 IIa 1,946 - MC6 IIb - 1,745 MC7 IIb 1,780 - Đối với xử lý giải pháp đất trộn xi măng, hệ số ổn định phân theo chiều sâu xử lý đất trộn xi măng Kết phân tích phần mềm Plaxis tổng hợp bảng 3.13: Bảng 3.13: Hệ số ổn định mặt cắt chiều sâu xử lý TT Mặt cắt tính Cấu trúc Chiều sâu xử lý (m) toán 10,0 12,0 16,0 MC1 I 1,639 1,71 1,748 MC4 IIa 2,310 2,426 MC6 IIb 2,295 2,366 100 Qua kết phân tích ổn định trượt cho thấy giải pháp xử lý bấc thấm có hệ số ổn định trượt lớn nhất, giải pháp xử lý cọc đất xi măng có hệ số ổn định lớn Các kết phân tích ổn định trượt phần mềm geoslope tính cho tương đương sở phân tích ứng suất thay đổi sức kháng cắt qua bảng tính excel cho kết lớn so với phần mềm Plaxis, nhìn chung cho kết đánh giá tin cậy Tóm lại, qua kết tính toán cho thấy, giải pháp xử lý lựa chọn đạt yêu cầu kỹ thuật cho cơng trình Để lựa chọn giải pháp xử lý hợp lý cho đoạn tuyến tồn tuyến cần phải tiến hành phân tích đầy đủ yêu cầu kỹ thuật, điều kiện thi công đặc biệt điều kiện kinh tế Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả sâu vào phân tích vấn đề kỹ thuật giải pháp xử lý nền, giải pháp lựa chọn đánh giá sở phân tích kỹ thuật cho thấy: + Đối với thời gian xử lý với yêu cầu thời gian nhỏ 200 ngày, áp dụng giải pháp xử lý bấc thấm cho đoạn tuyến có chiều cao đắp từ 3,0 đến 4,0m + Để tăng nhanh thời gian đắp tăng độ ổn định nền, lựa chọn giải pháp xử lý giếng cát cho đoạn tuyến có chiều cao đắp lớn 4,0m + Đối với giải pháp cọc đất xi măng cho kết giảm độ lún từ 1,5 đến 2,2 lần đồng thời tăng ổn định trượt, rút ngắn thời gian thi công Phù hợp xử lý cho đoạn đắp cao, cấu trúc đất yếu phân chia Với vị trí gần mố cầu, phạm vi cống so sánh lựa chọn giải pháp xử lý cọc đất xi măng 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương này, tác giả nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp xử lý áp dụng tính tốn cho tuyến đường nghiên cứu Thu thập mẫu đất, tiến hành trộn hỗn hợp đất xi măng theo tỷ lệ, bảo dưỡng nén mẫu phịng thí nghiệm, để xác định cường độ kháng nén trục không nở hông 7, 14, 28 ngày tuổi 101 Thiết lập bảng tính excel tính tốn lựa chọn khoảng cách sơ đồ bố trí xử lý đất yếu bấc thấm kết hợp gia tải trước giếng cát kết hợp gia tải Tiến hành phân tích lún theo thời gian ổn định theo phương pháp Mandle - Salencon phân chia chiều cao đắp thời gian chờ xử lý Phân tích lún ổn định theo sơ đồ bố trí lựa chọn theo thay đổi độ sâu xử lý phần mềm Plaxis Geoslope cho kết tin cậy Việc tính tốn thực cho mặt cắt tính tốn bất lợi nhất, đại diện cho kểu cấu trúc đất yếu phân chia Qua kết tính tốn cho thấy, phương pháp xử lý đất yếu bấc thấm phù hợp cho kiểu cấu trúc Đối với cấu trúc I bấc thấm bố trí với khoảng cách 1,2m theo sơ đồ lưới ô vuông; với cấu trúc IIa IIb bấc thấm bố trí với khoảng cách thưa 1,4m theo sơ đồ lưới tam giác Chiều sâu bố trí bấc thấm qua phân tích lớn 18,0m cho chiều dày đất yếu phạm vi xử lý không 4,0m Phương pháp xử lý đất yếu giếng cát bố trí theo sơ đồ lưới tam giác, với khoảng cách bố trí cho cấu trúc I 2,0m; cấu trúc IIa IIb bố trí thưa với khoảng cách 2,2m Chiều sâu xử lý giếng cát lớn 17,0m cho chiều dày đất yếu phạm vi xử lý nhỏ 5,0m Phương pháp xử lý đất yếu cọc đất xi măng cho thấy hiệu rõ rệt xử lý Kết tính tốn cho thấy giảm độ lún từ 1,48 đến 2,2 lần, độ ổn định trượt tăng cao, cho phép đắp nhanh giảm thời gian xử lý Tuy vậy, để có giải pháp xử lý tối ưu ngồi việc phân tích kỹ thuật trên, cần phải phân tích điều kiện kinh tế làm sở so sánh lựa chọn 102 KẾT LUẬN Trên sở số liệu khảo sát địa chất cơng trình dọc tuyến, cho thấy tồn tuyến đường với chiều dài 9,50km xây dựng đất yếu Mặc dù dạng cấu trúc phân chia đơn giản lớp đất yếu lại phân bố gần mặt đất, chiều dày lớn, cho thấy khó khăn vấn đề xây dựng, xử lý tải trọng tuyến thay đổi Qua nghiên cứu tài liệu cơng trình, đặc điểm địa chất, sở lý thuyết tính tốn tác giả phân chia kiểu cấu trúc đất yếu Từ kết phân chia cấu trúc đất yếu, kết hợp với tài liệu cơng trình phân chia thành 24 đoạn tuyến tính tốn với 07 mặt cắt tính tốn đại diện cho việc phân tích đánh giá ổn định đường Qua kết phân tích ổn định, lựa chọn 03 mặt cắt bất lợi đại diện tính tốn giải pháp xử lý cho kiểu cấu trúc Trên sở phân tích ổn định, đánh giá, lựa chọn giải pháp xử lý đất yếu cho toàn tuyến đường, số biện pháp xử lý sâu truyền thống như: phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước, phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước phương pháp cọc cát Đồng thời gần cịn áp dụng phương pháp tính tốn gia nhập nước ta: phương pháp xử lý đất yếu cọc đất xi măng Toàn kết phân tích tính tốn, lập phần mềm Excel phần mềm phân tích địa kỹ thuật Plaxis, Geoslope cho phép nhận kết tin cậy Qua số liệu tiến hành tính toán ba phương án xử lý đất yếu Mỗi phương án, phân tích theo mạng lưới bố trí tam giác vng với khoảng cách khác nhau, làm sở lựa chọn cách bố trí hợp lý Kết cho thấy ba phương pháp xử lý tính tốn, áp dụng xử lý cho cơng trình Kết tính tốn cho thấy, phương pháp phương pháp cọc đất xi măng vị trí đoạn tuyến có chiều cao đắp lớn, đoạn tuyến gần mố cầu, phạm vi cống phù hợp nhất, tối ưu 103 Thành luận văn, cố gắng miệt mài thân, giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn, chia sẻ, đóng góp q báu thầy bạn bè, đồng nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Bùi Văn Trường, người thầy tận tâm, tận lực hướng dẫn khoa học; cảm ơn thầy cô môn bảo nhiệt tình 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bergado D.T, Chai J.C, Alfaro M.C, Barasubramaniam A.S Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng (bản dịch) NXB Giáo dục - 1994 Nguyễn Ngọc Bích Các phương pháp cải tạo đất yếu xây dựng NXB xây dựng 2010 Nguyễn Chiến, Tô Hữu Đức, Phạm Huy Dũng Phương pháp cố kết hút chân không xử lý đất yếu xây dựng cơng trình NXB xây dựng - 2011 Công ty cổ phần tư vấn xây dựng cơng trình giao thơng TECCO2 Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình Hà Nội - 2015 Dương Học Hải Xây dựng đường ô tô đắp đất yếu NXB xây dựng 2007 Lomtadze V.Đ Địa chất cơng trình - thạch luận cơng trình (bản dịch) Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp - 1978 Nguyễn Huy Phương, Tạ Đức Thịnh Kỹ thuật xử lý đất yếu vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp Bài giảng cao học dùng cho chuyên ngành địa chất công trình - địa kỹ thuật Pierre Lareal, Nguyễn Thành Long, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lục, Lê Bá Lương Nền đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam Nhà xuất giao thông vận tải - 1998 Hồng Văn Tân, Trần Đình Ngơ, Phạm Xn Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải Những phương pháp xây dựng công trình đất yếu NXB khoa học kỹ thuật - 1973 10 Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Hồng, Nguyễn Văn Phóng Nền móng cơng trình NXB xây dựng - 2009 11 Đỗ Minh Toàn Đất đá xây dựng phương pháp cải tạo Nhà xuất xây dựng - 2013 12 Nguyễn Viết Trung, Vũ Minh Tuấn Cọc đất xi măng - phương pháp xử lý đất yếu NXB xây dựng - 2011 13 Nguyễn Uyên Xử lý đất yếu xây dựng NXB xây dựng - 2013 105 14 Đỗ Ngọc Viện, Nguyễn Quốc Tới Phần mềm Plaxis 2D phân tích động tính tốn thiết kế cơng trình xây dựng NXB xây dựng – 2014 15 TCVN9403: 2012 Gia cố đất yếu – phương pháp trụ đất xi măng 16 TCVN9355:2012 Gia cố đất yếu bấc thấm nước 17 22TCN262:200 Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu 18 Jinchun Chai, John P Carter Deformation Analysis in Soft Ground Improvement 19 Braja M Das Advanced Soil Mechanics 20 R.D Holtz cộng Prefabricated vertical; Drains: Design and Performance CIRIA-1991 106 CÁC PHỤ LỤC TÍNH TỐN ... điểm cấu trúc địa chất quy mô, tải trọng cơng trình Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu cấu trúc đất yếu thiết kế giải pháp xử lý đường, đoạn từ cầu Thịnh Long đến khu công nghiệp Rạng Đơng tỉnh Nam Định? ??... chọn thiết kế giải pháp xử lý đất yếu phù hợp với cấu trúc địa chất đất yếu, phục vụ cho việc xây dựng đường đoạn từ cầu Thịnh Long đến khu công nghiệp Rạng Đông Đối tượng, phạm vi nghiên cứu. .. 0+00 đến khu công nghiệp Rạng Đông km 9+500 Nội dung nghiên cứu - Các phương pháp xử lý đất yếu; - Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, thiết kế giải pháp xử lý; - Phân chia cấu trúc đất yếu