Nghiên cứu ổn định vàbiến dạng công trình đường cấp 80 ở ven sông trong điều kiện đất yếu và lũ lụt sâu ở đồng bằng sông cửu long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN VĨNH THANH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG CẤP 80 Ở VEN SÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU VÀ LŨ LỤT SÂU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CHUYÊN NGÀNH : CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT Mà SỐ NGÀNH : 2.15.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH - 12/2004 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : PHAN VĨNH THANH - Phái : Nam Ngày tháng năm sinh : 14-10-1977 - Nơi sinh : Hậu Giang Chuyên ngành : Cầu, Tuynen công trình xây dựng khác đường ô tô đường sắt Mã số học viên : CĐ13-025 Khóa : 13(năm 2002-2004) I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG CẤP 80 VEN SÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU VÀ LŨ LỤT SÂU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ Nghiên cứu ổn định biến dạng công trình đường cấp 80 ven sông điều kiện đất yếu lũ lụt sâu Đồng Sông Cửu Long Nội dung: PHẦN I: TỔNG QUAN Chương 1: Nghiên cứu tổng quan ổn định biến dạng đường công trình đắp tương tự đất yếu PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN Chương 2: Nghiên cứu tổng quan đất yếu ven sông ĐBSCL Chương 3: Nghiên cứu giải pháp hợp lý cấu tạo cho công trình đường đất yếu ven sông lớn ĐBSCL Chương 4: Nghiên cứu tính toán ổn định cho công trình đường đất yếu ven sông ĐBSCL Chương 5: Nghiên cứu tính toán biến dạng cho công trình đường đất yếu ven sông ĐBSCL Chương 6: Tính toán ứng dụng cho số công trình cụ thể điều kiện đất yếu ngập lũ sâu Đồng Bằng Sông Cửu Long PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương 7: Nhận xét, kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 09-02-2004 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01-12-2004 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG Nội dung đề cương Luận Văn Thạc Só thông qua Hội đồng chuyên ngành Cán hướng dẫn Chủ nhiệm Ngành Chủ nhiệm Bộ môn GS.TSKH.LÊ BÁ LƯƠNG TS LÊ VĂN NAM TS LÊ THỊ BÍCH THUỶ PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG P TRƯỞNG KHOA TS CHÂU NGỌC ẨN LỜI CẢM ƠN oOo -Xin chân thành cám ơn tất thầy cô giáo Ngành Cầu Đường dành nhiều thời gian truyền đạt kiến thức kinh nghiệm qua giảng mà em vinh dự đïc tiếp thu Kiến thức giúp em vững tin sống công tác mình, tạo điều kiện cho em hoàn thành Luận Văn Thạc Só Em xin chân thành cám ơn Thầy Giáo sư – Tiến Só Khoa Học Lê Bá Lương người tận tình hướng dẫn giúp em trình thực tập Luận Văn Thạc só Em xin chân thành cám ơn Thầy Tiến Só Châu Ngọc n - Phó Khoa Xây Dựng dành thời gian đọc Tập luận văn Thạc Só cho ý kiến nhận xét cần thiết để tập luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn Tiến Só Nguyễn Mạnh Hùng dành thời gian đọc Tập luận văn Thạc Só cho ý kiến nhận xét cần thiết để tập luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn Thầy Tiến Só Lê Văn Nam Phó Hiệu Trưởng– Chủ nhiệm Ngành Em xin chân thành cám ơn Cô Tiến Só Lê Thị Bích Thủy – Trưởng Bộ Môn Cầu Đường Em xin chân thành cám ơn Ban Lãnh Đạo Nhà Trường Phòng Quản lý khoahọc – sau đại học tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu thực hiên tập Luận Văn Thạc só Xin chân thành cám ơn Ba Mẹ, Ban Giám Đốcvà Phòng Kỹ Thuật – Quản lý chất lïng công trình Công ty Công trình Giao Thông Công Chánh TPHCM; bạn Đồng khoá tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập Xin chân thành cám ơn tất Tháng 12/2004 TÓ M TẮ T LUẬ N VĂ N Đồng Sông Cửu Long (ĐBSCL) khu vực có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế, đặt biệt lónh vực nông nghiệp nhờ có đất đai màu mỡ, điều kiện thuận lợi ánh sáng thích hợp Với diện tích 3,9 triệu ha, có 2,5 triệu lúa, 0,5 triệu ăn trái hoa màu, ĐBSCL trở thành vựa lúa trái lớn Việt Nam Vùng sản xuất hàng năm 1,5 triệu lúa (trên 50% sản lïng nước)…Tuy nhiên lại thấy điều nghịch lý ĐBSCL chưa thể phát triển mạnh mặt: Kinh tế, xây dựng , văn hoá , sở hạ tầng… người dân sống khu vực nghèo đói lam lũ, khổ sở, trẻ em thất học không cắp sách đến trường… tác động nhiều vấn đế khác mà mộy vấn đề lớn nghiêm trọng bách thiên tai, lũ lụt Hiên trạng hệ thống đường vùng ĐBSCL với 1600 km đường quốc lộ, 2500km đường tỉnh lộ 2600 km đường huyện lộ năm gần nhà nước đầu tư đáng kể đặc biệt tuyến quốc lộ 1A Tuy nhiên tình hình thiếu vốn đầu tư nên có hàng chục ngàn km đường xá bị hư hại nặng gây tình trạng ách tắc giao thông, làm cản trở phát triển kinh tế văn hoá xã hội, nguyên nhân gây tai nạn giao thông nghiêm trọng Thêm vào hàng ngàn nhà bị ngập được, hàng chục ngàn lú hoa màu, vườn ăn trái công nghiệp bị thất thu nặng trắng Người dân lâm vào cảnh trời chiếu đất không nhà cửa, nghèo đói, trẻ em điều kiện thuận lợi cắp sách đến trường bao trẻ em nơi khác Đứng trước nhu cầu thiết phải sửa chữa , nâng cấp xây dựng hệ thống giao thông đường vùng đồng sông Cửu Long theo đà phát triển đất nước với giá thành hạ, đảm bảo chất lïng, việc nghiên cứu ổn định , biến dạng tìm giải pháp hợp lý để xây dựng đường ven sông đất yếu vùng ĐBSCL việc làm thiết thực mang tính thời Mục tiêu đề tài “Nghiên cứu ổn định biến dạng công trình đường cấp III ven sông điều kiện đất yếu, ngập lũ sâu ĐBSCL” hệ thống hoá toàn vấn đề liên quan trực tiếp đến ĐBSCL điều kiện tự nhiên, điều kiện thủy văn, vị trí địa lý, cấu tạo địa chất, địa tầng, điều kiện thổ nhưỡng đồng thời thống kê tiêu lý đất ĐBSCL tác động môi trường khu vực này, thống kê lại khu vực bị thiệt hại nặng lũ gây kết nghiên cứu tình trạng ngập lũ , mực nước đỉnh, cao , thấp nhất… từ tìm giải pháp thích hợp để xây dựng đường điều kiện đất yếu ngập lũ sâu ĐBSCL tận dụng vật liệu địa phng để thi công với giá thành hợp lý nhất, khoảng thời gian nhanh giảm thiểu thiệt hại lũ gây ra, đồng thời tạo mạch giao thông thông suốt đảm bảo trình giao luu văn hoá , hàng hoá, khắc phục hạn chế tai nạn giao thông… phát triển ĐBSCL mặt THE THESIS OUTLINE Due to the rich land, a moderate temperature and adequate light, Cuu Long Delta advantageous for economical development, especially in agriculture With the area of 3,9 million acre, including 2,5 million for rice, 0.5 million for its trees and vegetables, Cuu Long delta outgh to have been the most enourmous basket rice and fruit of VietNam It produces 1,5 million ton of rice per year( over 50% of rice total of Viet Nam ) Annual, averagea hundreds of thousand tos of fruit and over 0,5 t of marine products ( about 50% of the total product of Viet Nam )… However, the reality this areais still under developing in econnomics or construction, culture or frastructure The people are still in poverty and hardship, the children there are still iteratr because of various reasons of which the most serious and urgent is flooding The inland transportation of Cuu Long Delta includes national highway of over 1600 km, province- linnking roads of 2500km and over 2600km of streets in province Now besides the N01 National Highway, the main axle of the nation recently upgraded thanks to foreign capital, the rest are still bad condition because of lack of investment Particularly, thousands of kilometre of roads are destroyed, bring about the traffic blockage and traffic accident In addition , house are damaged, crops are of failures The people have to lead homeless poor and starving life The most pressing in the fact tthat children and cannot go to school like to others There is emergency need to repair, upgrade, and build further Cuu Long Delta’s inland transportation system in prder to keep pace with the nationnal development To ensure low cost and high quality, it is practically necessary to find out appropriate solution for building along – river roads on weak base The aim of this thesis ‘’ To research for safety and deformation for Building along- river on the soft soil base in deeply flooded areas of CuuLong Delta”is to put all things into system dealing with the problems facing Cuu Long Delta , such as its nature conditions, its hydraulic conditions, its position, its strata, the soil condition and also to systematize the physical mechanical properties of the soil base in the area, as well as the impacts on the area by environment, to make the statistics on the areas of serious damage and finally to find out the reason and solution to buid a system of road suitable to special conditions of the area with the used materials at the best reasonable cost, in the shortest period of time to supply the area with system of roads for the circulation of informatics culture, goods, agriculture products and to overcome difficulties so that Cuu Long Delta area can be developed in various areas MỤC lục Nhiệm vụ luận văn cao học Lời cảm ơn Tóm tắt luận án Mục lục Mở đầu Chương 1:Nghiên cứu tổng quan ổn định biến dạng đường công trình đắp tương tự đất yếu 1.1 Những thành công – cố trình xử lý đất yếu để xây dựng công trình đất đắp nước Việt Nam 1.1.1 nước 1.1.2 nước 1.2 Những thiệt hại lũ lụt gây .12 1.3 Nhận xét kết luận 14 Chương 2:Nghiên cứu đất yếu ven sông đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) 2.1 Nghiên cứu điều kiện tự nhiên vùng ngập lũ sâu khu vực đồng sông Cửu Long 17 2.11Vị trí địa lý 17 2.12Điều kiện địa hình 17 2.1.3.Điều kiện địa tầng 19 2.14 Điều kiện thổ nhưỡng 19 2.1.5 Điều kiện khí hậu 20 2.16 Điều kiện thủy văn 21 2.17 Điều kiện địa chất công trình 27 2.18 Tác động môi trường công trình đồng sông cửu long 28 2.2 Một số vấn đề chế lụt khu vực đồng sông cửu long 31 2.2.1 Một số vấn đề lụt khu vực đồng sông cửu long 33 2.2.2 Phân vùng ngập lũ đồng sông cửu long 34 2.2.3 Một số nghiên cứu đợt lũ thaùng 10/2000 34 2.3/ Nghiên cứu tình trạng đất yếu vùng ngập lũ sâu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 36 2.4/ Nghiên cứu cấu tạo địa chất vùng ngập lũ sâu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 39 2.5 Nghiên cứu đặc trưng lý chủ yếu, khoáng vật, hóa học đất yếu vùng ngập lũ sâu khu vực đồng sông cửu long 41 2.5.1.Các đặc trưng lý chủ yếu đất yếu vùng ngập lũ sâu khu vực đồng sông cửu long 41 2.5.2 Các thành phần khoáng vật, hóa học đất yếu vùng ngập sâu khu vực đồng sông cửu long 49 2.5.2.1.Các thành phần khoáng vật 49 2.5.2.2.Các thành phần hóa học 50 2.5.3.Xác định tiêu lý đất yeáu 53 2.6.Nghiên cứu thí nghiệm xác định đặc trưng lý đất yếu Cc Cv 2.6.1.Xác định số nén (compression index):Cc 63 2.62.Xác định hệ số cố két Cv (cm2/s) 68 2.6.3.Nghiên cứu thống kê đặc trưng lý tính toán lớp đất 73 Chương 3:Nghiên cứu giải pháp cấu tạo công trìnhđường cấp kỹ thuật 80 xây dựng đất yếu môi trường ngậplũ đồng sông Cửu Long 3.1 Khái niệm chung: 76 3.2.Cấu tạo phận công trình đường vào cầu môi trường ngập lũ 77 3.3 Chiều cao đường đắp đất yếu .78 3.4 Xác định độ dốc taluy đường đắp đất yếu 81 3.5 Chế độ thủy nhiệt đường biện pháp thiết kế bảo đảm ổn định cường độ 3.5.1 nh hưởng trạng thái ẩm đất đến ổn định cường độ đường đắp đất yếu 85 3.5.2 Quaù trình biến cứng làm tăng c, ϕ, e đất đắp đường giảm c, ϕ tác dụng tải trọng trùng phục: 86 3.5.3 Tính toán phân bố ẩm thân đường chịu ảnh hưởng nước phía nước ngập hai bên vai đường: 88 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trường hợp 1: Dùng giếng cát Độ lún ổn định công trình S = 28,37cm < 30cm Độ lún nằm giới hạn cho phép Chiều dày vùng hoạt động ứng suất Ha = 7,25m Thời gian gia tải phụ: 4,5 tháng ™ Kết luận: Công trình đảm bảo điều kiện ổn định biến dạng Trường hợp 3: Dùng bấc thấm Độ lún ổn định công trình S = 28,56cm < 30cm Độ lún nằm giới hạn cho phép Chiều dày vùng hoạt động ứng suất Ha = 7,45 Thời gian gia tải phụ: tháng Độ lún cố kết lại thời gian sử dụng S = 27,23cm < 30cm ™ Kết luận: Công trình đảm bảo điều kiện ổn định biến dạng Nhận xét: Tóm lại, từ kết tính toán trên, tiến hành so sánh phương án giải pháp xử lý khác nhau, kiến nghị chọn phương án giếng cát tác dụng làm tăng nhanh mức độ cốt kết đất tạo điều kiện cho đất đắp chóng đạt đến giới hạn lún, giếng cát có tác dụng nén chặt đất làm tăng sức chịu tải đất yếu, làm giảm độ lún trình sử dụng công trình Mặt khác ta tận dụng nguồn vật liệu địa phương nhằm hạ giá thành công trình TRANG 162 LUẬN VĂN THẠC SĨ NỀN ĐƯỜNG ĐẤT ĐẮP CAO 2,5M KHI CHƯA GIA CỐ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT Có Lớp Đệm Cát Dày 1,5m Khi Mực Nước Lũ 3m GIẢI THEO FEM VỚI PHẦN MỀM PLAXIS Lưới biến dạng thân đường đất yếu bên Sự phân bố thân đøng đất yếu bên Sự phân bố áp lực nùc lỗ rỗng thặng dư đất TRANG 166 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN B NHẬN XÉT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TRANG 167 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 CÁC NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN: - Các kết nghiên cứu từ chương đến chương cho phép rút kết nghiên cứu sâu phát triển sau: Ở nước ta có nhiều công trình xảy cố: Nền đường không đủ cường độ chịu tại, bị lún nứt nhiều lún không làm hư hỏng nhanh kết cấu mặt đường; đường ổn định, bị lún sụp trượt trồi trình thi công sau xây dựng Nguyên nhân không hiểu hết vấn đề đường đất yếu , chưa có sở rõ ràng cấu tạo tính toán Địa chất công trình đồng sông Cửu Long giới hạn độ sâu 30m, chủ yếu cấu tạo lớp đất yếu có tính chất học khác xa với trầm tích Pleixtoxen nằm bên Sự biến đổi đột ngột đặc trưng lý củacác lớp đất kế cận, sử dụng làm tiêu chuẩn để phân chia địa tầng, đặc biệt xác định ranh giới Pleixtonxen Haloxen Việc xây dựng công trình trầm tích Haloxen vùng đồng sông Cửu Long nói chung không thuận lợi phải buộc xử lý phức tạp tốn Trường hợp buộc phải xây dựng công trình tùy thuộc vào bề dày, thành phần vật chất lớp đất yếu, quy mô công trình để có hướng khảo sát địa hình, địa chất thủy văn, động thái dòng sông, từ đưa giải pháp khả thi, phù hợp với tình hình kinh tế kỹ thuật khu vực Một thí nghiệm quan trọng đất yếu xác định số nén (Cc), số vô quan trọng dùng để xác định độ lún tổng thể toán công trình Chỉ số nén (Cc) xác định từ thí nghiệm nén cố kết (consolidatiion) xác lập mối quan hệ hệ số rỗng ứng suất nén liên hệ (void ratio - Pressure relationship) e-p hay e-lgp để tính toán độ lún ổn định toàn từ tược cố kết thứ (Primary consolidation) xác định theo kết nghiên cứu K Terzaghi R Pech (1967) để kiểm chứng với kết Cc xác định từ thí nghiệm nêu Bên cạnh việc xác định hệ số cố két Cv quan trọng nhiều phương pháp bật - Phương pháp gián tiếp , xác định Cv thông qua mv hệ số thấm K: phương pháp R.A Barron (1948).- Phương pháp Taylor: Phương pháp vẽ tính toán nhanh, đơn giản, thiếu chặt chẽ kết thường lớn so với thực tế, thích hợp với loại đất cát Phương pháp Casagrande: Phương pháp vẽ tính toán tương đối phức tạp Nó dựa sở lý thuyết cố kết chặt chẽ, tương đối sát với thực tế, an toàn, thích hợp với loại đất dính mà cố kết thứ cấp diễn dài, có vai trò đáng kể TRANG 168 LUẬN VĂN THẠC SĨ Giải pháp cấu tạo đường ven sông điều kiện đất yếu ngập lũ sâu ĐBSCL Để đảm báo điều kiên ổn định đường ven sông tránh sụt lở, trượt trồi lún sụp Giải pháp cấu tạo cho công trình phải thỏa mãn yêu cầu sau: * Nền đường phải đảm bảo ổn định toàn khối, nghóa hình dạng kích thước hình học đường không bị phá hoại 'biến dạng gây bất lợi cho việc khai thác bình thường: Các tượng ổn định toàn khối đường thường trượt lở mái taluy, trượt trồi, lún sụp đất yếu… * Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ định, nghóa đủ độ bền chịu cắt trượt không bị biến dạng mức cho phép * Nền đường phải đảm bảo ổn định cường độ, nghóa cường độ đường không bị hạ giảm theo thời gian thời tiết, khí hậu Để đạt đước mục đích cần tập trung nghiên cứu để chọn lựa thông số thích hợp về: - Chiều cao đường - Chiều cao tối thiểu đắp để cao độ đáy lớp áo đường cao mực nước tính toán 50cm - Khống chế chiều cao tối đa đắp để tránh ảnh hưởng động trình kha i thác gây ổn định -Độ dốc taluy đường -Về vật-liệu đắp đường -Về giải pháp gia cố đất yếu nhằm tăng cường độ, độ ổn định đường - Về giải pháp gia cố mái dốc tai luy chống xói lở tuỳ vào vùng làm việc nề n đường để chọn giải pháp đạt hiệu kinh tế, tránh giải pháp đắt tiền không cần thiết Các giải pháp gia cố đất yếu điển hình: a/ Hệ thống giếng cát: dùng phổ biến thời gian gần làm tăng nhanh tốc độ cố kết làm cho đất đắp chóng đạt đến giới hạn lún đồng thời làm cho đất yếu tăng khả biến dạng đồng đều, làm tăng độ chặt đất yếu sức chịu tải đất yếu khoảng cách giếng cát bố trí thích hợp, giảm thời gian lún cố kết độ lún trình sử dụng công trình, cải thiện đáng kể sức chịu tải công trình Tuy nhiên, giá thành cao, sở lý thuyết nhiều vấn đề bàn luận, việc xác định thông số, đặc biệt thông số xác định thí nghiệm gặp nhiều khó khăn, thời gian thi công dài (do có tải trọng phụ), khó kiểm tra chất lượng, độ chặt giếng cát sâu, đòi hỏi thiết bị thi công cao tải trọng phụ Giải pháp phù hợp cho TRANG 169 LUẬN VĂN THẠC SĨ trường hợp : - Các giải pháp khác không đảm bảo yêu cầu độ lún cố kết lại theo quy định giá thành cao - Chiều dày đất yếu lớn (bề rộng tầng đất yếu vượt bề rộng đáy đắp - Nền đường đắp cao > 4m b/ Hệ thống bấc thấm: Làm giảm thời gian lún cố kết, giảm độ lún trình sử dụng công trình, cải thiện đáng kể sức chịu tải công trình, khắc phục việc kiểm tra chất lượng độ đầm chặt cát Nhưng, giá thành cao, thời gian thi công dài (do có sử dụng tải trọng phụ), đòi hỏi thiết bị thi công đại tải trọng phụ Giải pháp phù hợp cho trường hợp: - Khi giải pháp khác không bảo đảm yêu cầu độ lún cố kết lại theo quy định giá thành cao - Chiều dày đất yếu lớn (bề rộng tầng đất yếu vượt bề rộng đáy đắp) - Để đảm bảo phát huy hiệu thoát nước chiều cao đường đắp cao 4,0m c/ Vải địa kỹ thuật: Thi công đơn giản, nhanh gọn, không cần có thiết bị đại, dùng để tăng cường ổn định cho đắp đất yếu, giá thành hạ, không phụ thuộc vào mực nước ngầm, ngăn không cho chui vào đất yếu, có tuổi thọ cao Nhưng, không giảm thời gian lún độ lún cố kết công trình Giải pháp phù hợp cho trường hợp: - Thích hợp cho trường họp độ lún lại công trình