Phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bấc thấm xử lý nền đất yếu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI *** PHẠM THỊ NGUYỆT PHÂN TÍCH CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA BẤC THẤM XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỒNG NAM TS NGUYỄN THÀNH CƠNG Hà Nội – 2011 LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành cảm ơn Q thầy cơ, Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ, cán cơng tác Khoa Cơng trình, Phịng Đào tạo ĐH SĐH giúp tơi hồn thành Luận văn q trình học tập Trường Đặc biệt tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Hồng Nam TS Nguyễn Thành Công giúp hồn thành luận văn Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp Viện Thủy công – Viện KH Thủy lợi VN gia đình giúp đỡ động viên tơi trình học tập thực luận văn MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T Tính cấp thiết đề tài I T T T T II Mục đích đề tài T T T T III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu T T T T IV Kết dự kiến đạt T T T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ T LÝ NỀN ĐẤT YẾU T 1.1 Khái niệm đất yếu T T T T 1.2 Một số cố cơng trình đất yếu T T T T 1.2.1 Sự cố sụt lún cầu Văn Thánh 2, đường Nguyễn Hữu Cảnh - TP.HCM T T T T 1.2.2 Sự cố lún, nứt đốt hầm Thủ Thiêm T T T T 1.2.3 Sự cố sập nhịp dẫn cầu Cần Thơ .6 T T T T 1.3 Các phương pháp xử lý đất yếu T T T T 1.3.1 Nhóm phương pháp cải tạo phân bố ứng suất điều kiện biến T T T dạng T 1.3.2 Nhóm phương pháp làm tăng độ chặt đất 13 T T T T 1.3.3 Nhóm phương pháp nhằm truyền tải trọng cơng trình xuống lớp chịu lực T T T tốt 18 T 1.3.4 Nhóm phương pháp dùng đất có cốt 21 T T T T 1.3.5 Nhóm phương pháp xử lý hóa lý 22 T T T T 1.3.6 Giải pháp thiết bị thoát nước thẳng đứng xử lý đất yếu 23 T T T T 1.4 Các yêu cầu thiết kế địa kỹ thuật 32 T T T T 1.5 Tóm tắt Chương 32 T T T T CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM NỀN ĐẤT T YẾU SỬ DỤNG THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG 33 T 2.1 Giới thiệu 33 T T T T 2.2 Cơ sở lý thuyết toán cố kết thấm hướng 33 T T T T 2.2.1 Những giả thiết lý thuyết cố kết thấm hướng .34 T T T T 2.2.2 Phương trình vi phân cố kết thấm hướng 34 T T T T 2.3 Cơ sở lý thuyết toán cố kết thấm có thiết bị nước thẳng T T T đứng 36 T 2.3.1 Khái quát 36 T T T T 2.3.2 Lý thuyết khuếch tán Rendulic Carillo 37 T T T T 2.3.3 Lý thuyết đẳng biến dạng Barron (1948) 38 T T T T 2.3.4 Lý thuyết Hansbo (1981)-Phân tích có xét xáo trộn sức cản giếng 40 T T T T 2.4 Mô chiều vật thoát nước thẳng đứng 40 T T T T 2.4.1 Lý thuyết Hird nnk (1992)-Phù hợp hình học thấm .42 T T T T 2.4.2 Lý thuyết Indraratna nnk (1997) 43 T T T T 2.4.3 Lý thuyết Chai nnk (2001) 44 T T T T 2.5 Giới thiệu phần mềm Plaxis sở tính tốn cố kết theo phương pháp T T T phần tử hữu hạn 46 T 2.5.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis 46 T T T T 2.5.2 Cơ sở tính tốn cố kết theo phương pháp phần tử hữu hạn .46 T T T T 2.6 Phân tích ổn định trượt tổng thể theo phương pháp phần tử hữu hạn 51 T T T T 2.7 Các phương pháp thiết kế bấc thấm 51 T T T T 2.7.1 Điều kiện để đất yếu xử lý bấc thấm 51 T T T T 2.7.2 Các bước thiết kế bấc thấm theo tiêu chuẩn TCXD 245-2000 52 T T T T 2.7.3 Các bước thiết kế bấc thấm theo Yeung (1997) 54 T T T T 2.8 Tóm tắt Chương 58 T T T T CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH ĐÊ BAO HẢI PHÒNG 59 T T 3.1 Giới thiệu cơng trình 59 T T T T 3.2 Tính tốn ứng suất, biến dạng chưa xử lý 61 T T T T 3.2.1 Mô 61 T T T T 3.2.2 Trình tự thi cơng 62 T T T T 3.2.3 Kết mô 63 T T T T 3.3 Tính tốn ứng suất, biến dạng xử lý bấc thấm 71 T T T T 3.3.1 Mô toán xử lý bấc thấm 71 T T T T 3.3.2 Kết mô 76 T T T T 3.4 Tóm tắt Chương 83 T T T T CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM T VIỆC CỦA BẤC THẤM 84 T 4.1 Khái quát 84 T T T T 4.2 Ảnh hưởng phương pháp mô 84 T T T T 4.2.1 Mô theo phương pháp Hird nnk (1992) 85 T T T T 4.2.2 Mô theo phương pháp Indraratna Redana (1997) 85 T T T T 4.2.3 Mô theo phương pháp Chai và nnk (2001) 94 T T T T 4.2.4 So sánh kết tính tốn phương pháp 103 T T T T 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tham số 106 T T T T 4.3.1 Ảnh hưởng chiều dài bấc thấm .107 T T T T 4.3.2 Ảnh hưởng khoảng cách bấc thấm 114 T T T T 4.3.3 Ảnh hưởng độ xáo trộn 116 T T T T 4.3.4 Ảnh hưởng hệ số thấm ngang 120 T T T T 4.3.5 Ảnh hưởng hệ số thấm vùng xáo trộn 123 T T T T 4.4 Tóm tắt chương 126 T T T T CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 T T 5.1 Kết luận 128 T T T T 5.1.1 Những kết nghiên cứu đề tài 128 T T T T 5.1.2 Những vấn đề tồn .130 T T T T 5.2 Một số kiến nghị 130 T T T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 T T DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hầm chui qua cầu Văn Thánh đường Nguyễn Hữu Cảnh Hình 1.2: Hiện trường cố sập nhịp dẫn cầu Cần thơ Hình 1.3: Xử lý đất yếu dùng đệm cát (Phạm Quang Tuấn, 2003) Hình 1.4: Sơ đồ dạng bệ phản áp thường áp dụng (Phạm Quang Tuấn, 2003) 12 Hình 1.5: Cọc cát đất yếu 14 Hình 1.6: Dây chuyền cơng nghệ thi công trụ đất xi măng 15 Hình 1.7: Các ứng dụng trụ đất xi măng trộn sâu 16 Hình 1.8: Cột vật liệu rời 17 Hình 1.9: Trình tự thi công cọc khoan nhồi 20 Hình 1.10: Móng cọc khoan nhồi 20 Hình 1.11: Dùng vải địa kỹ thuật gia cố đất yếu 21 Hình 1.10: Cách bố trí hệ thống giếng cát tải trọng phụ tạm thời 28 Hình 1.12: Các sơ đồ để tính tốn giếng cát 29 Hình 1.13: Mơ hình xử dụng bấc thấm 31 Hình 2.1: Sơ đồ tính tốn 34 Hình 2.2: Mô hình phân tố đơn vị của một vật thoát nước được bao quanh bởi trụ đất (Baron, 1948) 37 Hình 2.3: Sơ đồ trụ đất với vật thoát nước thẳng đứng (theo Hansbo, 1997) 39 Hình 2.4: Chuyển đổi phân tố đơn vị đối xứng trục thành điều kiện biến dạng phẳng (phỏng theo Hird nnk, 1992 Indraratna Redana, 1997) 41 Hình 2.5: Ví dụ minh hoạ lưới PTHH theo Hird nnk (1992) (Yildiz, 2009) 42 Hình 2.6: Ví dụ minh hoạ lưới PTHH theo Indraratna Redana (1997) (Yildiz, 2009) 44 Hình 2.7: Xác định chiều dài tính tốn bấc thấm điều kiện nước 45 Hình 2.8: Ví dụ minh hoạ lưới PTHH theo Chai và nnk (2001) (Yildiz, 2009) 46 Hình 2.9: Sơ đồ bố trí bấc thấm 52 Hình 2.10: Sơ đồ bố trí bấc thấm dạng lưới ô vuông (theo Yeung, 1997) 55 Hình 2.11: Biểu đồ quan hệ U r (T’ r ) (theo Yeung, 1977) 57 R R R R R R Hình 2.12: Quan hệ α’ n (theo Yeung, 1977) 58 Hình 3.1: Mặt cắt ngang điển hình tuyến đường đê sơng (đoạn đắp áp trúc thân đê cũ) 59 Hình 3.2: Sơ đồ tính tốn mặt cắt đường 60 Hình 3.3: Mơ tốn 61 Hình 3.4: Lưới phần tử hữu hạn 61 Hình 3.5: Biểu đồ giai đoạn thi công 63 Hình 3.6a: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đắp đất đến cao trình +3m 64 Hình 3.6b: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường xét tải trọng người xe lại 65 Hình 3.6c: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đất cố kết hoàn toàn 65 Hình 3.7: Độ lún điểm tim đường theo thời gian 66 Hình 3.8a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đắp đất đến cao trình +3m 66 Hình 3.8b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 67 P P Hình 3.8c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đất cố kết hoàn toàn 67 Hình 3.9a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư đắp đến cao trình đỉnh 68 Hình 3.9b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 69 P P Hình 3.9c: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư cố kết hoàn toàn 69 Hình 3.9d: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư theo thời gian điểm đường tim đường 70 Hình 3.10: Kết tính ổn định giai đoạn đắp đến cao trình +3m 70 Hình 3.11: Sơ đồ thơng số tính tốn bấc thấm 71 Hình 3.12: Mặt cắt ngang điển hình tuyến đường đê bao Hải Phòng xử lý bấc thấm 72 Hình 3.13 Mặt cắt tính tốn mơ theo Hird nnk (1992) 74 Hình 3.14: Lưới phần tử hữu hạn theo phương pháp Hird nnk (1992) 74 Hình 3.15: Biểu đồ giai đoạn thi công 75 Hình 3.16a: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đắp đất đến cao trình +3m 77 Hình 3.16b: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 77 P P Hình 3.16c: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đất cố kết hoàn toàn 78 Hình 3.17: Độ lún điểm đường tim đường theo thời gian 78 Hình 3.18a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đăp đất đến cao trình +3m 79 Hình 3.18b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 79 P P Hình 3.18c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đất cố kết hoàn toàn 80 Hình 3.19a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư đắp đến cao trình đỉnh +3m 81 Hình 3.19b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 81 P P Hình 3.19c: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư cố kết hoàn toàn 82 Hình 3.19d: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư theo thời gian điểm đường tim đường 82 Hình 3.20: Kết tính ổn định giai đoạn đắp đến cao trình +3,0m 83 Hình 4.1: Mặt cắt tính tốn mô theo Indraratna Redana (1997) 86 Hình 4.2: Lưới phần tử hữu hạn theo phương pháp Indraratna Redana (1997) 87 Hình 4.3a: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đắp đất đến cao trình +3m 88 Hình 4.3b: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 89 P P Hình 4.3c: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đất cố kết hoàn toàn 89 Hình 4.4: Độ lún điểm đường tim đường theo thời gian 90 Hình 4.5a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đắp đất đến cao trình +3m 90 Hình 4.5b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 91 P P Hình 4.5c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đất cố kết hoàn toàn 91 Hình 4.6a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư đắp đến cao trình đỉnh +3m 92 Hình 4.6b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 93 P P Hình 4.6c: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư cố kết hoàn toàn 93 Hình 4.6d: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư theo thời gian điểm đường tim đường 94 Hình 4.7: Mặt cắt tính tốn mơ theo Chai và nnk (2001) 95 Hình 4.8: Lưới phần tử hữu hạn theo Chai và nnk (2001) 96 Hình 4.9a: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đắp đất đến cao trình +3m 97 Hình 4.9b: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường xét tải trọng người xe lại (q = 20 kN/m2) 98 P P Hình 4.9c: Đường đẳng chuyển vị ngang thân đường đất cố kết hoàn toàn 98 Hình 4.10: Độ lún điểm đường tim đường theo thời gian 99 Hình 4.11a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đắp đất đến cao trình +3m 99 Hình 4.11b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 100 P P Hình 4.11c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng thân đường đất cố kết hoàn toàn 100 Hình 4.12a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư đắp đến cao trình đỉnh +3m 101 Hình 4.12b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư cố kết hoàn toàn xét tải trọng người xe lại q = 20 kN/m2 102 P P Hình 4.12c: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư cố kết hoàn toàn 102 Hình 4.12d: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư theo thời gian điểm đường tim đường 103 Hình 4.13: So sánh độ lún điểm C(0; 19,5) q trình thi cơng tính toán theo phương pháp 104 Hình 4.14: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng theo giai đoạn đắp theo phương pháp 105 Hình 4.15: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng cố kết hoàn toàn theo phương pháp 106 Hình 4.16: Ảnh hưởng chiều sâu bấc thấm đến lún điểm E(0; 8,5) (tính từ lúc bắt đầu đắp đến đỉnh) 109 Hình 4.17: Ảnh hưởng chiều sâu bấc thấm đến lún theo thời gian, điểm E(0; 8,08) 109 Hình 4.18: Ảnh hưởng chiều sâu bấc thấm đến tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư lớn 110 ... trọng, xử lý vùng đất yếu vấn đề quan trọng cấp thiết II Mục đích đề tài Đề tài có mục đích nghiên cứu, phân tích nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến làm việc bấc thấm sử dụng xử lý đất yếu -2III Cách... Phịng IV Kết dự kiến đạt Phân tích nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến làm việc bấc thấm xử lý đất yếu như: chiều sâu cắm bấc, khoảng cách bấc, độ xáo trộn, sức cản, hệ số thấm ngang Đề xuất giải pháp... pháp thiết kế hiệu sử dụng bấc thấm xử lý cơng trình đê bao Hải Phịng -3- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm đất yếu Đất yếu có khả chịu tải nhỏ