Nghiên cứu xử lý đất yếu dưới nền đường vào cầu bằng giải pháp kết hợp cột đất xi măng và công nghệ top base

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN TRỌNG NGÂN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU BẰNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỘT ĐẤT XI MĂNG VÀ CÔNG NGHỆ TOP-BASE CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CẦU HẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01/2011 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 TRỌNG NGHĨA Cán chấm nhận xét : PGS TS VÕ PHÁN Cán chấm nhận xét : TS LÊ BÁ VINH Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 15 tháng 01 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS LÊ VĂN NAM PGS TS VÕ PHÁN TS LÊ BÁ VINH TS TRẦN XUÂN THỌ TS LÊ TRỌNG NGHĨA Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa Chủ tịch Hội đồng Bộ môn Cầu đường đánh giá LV PGS TS LÊ VĂN NAM TS LÊ BÁ KHÁNH 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 -oOo Tp HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN TRỌNG NGÂN Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 13/09/1979 Nơi sinh : Tiền Giang Chuyên ngành : Xây dựng cầu hầm MSHV : 03808510 TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU BẰNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ CÔNG NGHỆ TOPBASE“ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu xử lý đất yếu đường vào cầu giải pháp kết hợp cột đất trộn ximăng công nghệ top-base NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Chương : Mở đầu Chương : Tổng quan công nghệ cột đất trộn xi măng công nghệ Top-base Chương : Cơ sở lý thuyết tính tốn xử lý đất yếu đường vào cầu cột đất ximăng công nghệ top-base Chương : + Ứng dụng phương pháp cột đất-ximăng top-base để xử lý đất yếu đường vào cầu Đại lộ Đông Tây – Quận + Nhận xét, kết luận kiến nghị NGÀY GIAO NHIỆM VỤ NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/12/2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS LÊ TRỌNG NGHĨA : 25/01/2010 : TS LÊ TRỌNG NGHĨA CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG TS LÊ BÁ KHÁNH LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Trọng Nghĩa – người quan tâm, tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, đặc biệt Thầy Cô giảng dạy thuộc môn Xây dựng cầu đường Địa móng trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh Tất kiến thức, kinh nghiệm mà Thầy Cô truyền đạt lại cho suốt q trình học góp ý q báu Thầy Cô luận văn hành trang quý giá cho suốt trình học tập, nghiên cứu cơng tác sau Xin chân thành cảm ơn tất bạn bè lớp – người trải qua ngày học tập thật vui, bổ ích thảo luận suốt thời gian học giúp tự hồn thiện mở tơi nhiều sáng kiến Xin cảm ơn đồng nghiệp hỗ trợ tạo điều kiện cho nhiều suốt q trình học tập Chính kinh nghiệm thực tế q trình cơng tác họ đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn người thân gia đình tơi, người bạn thân bên cạnh tôi, quan tâm, động viên giúp đỡ vượt qua khó khăn, trở ngại để hồn thành luận văn TP HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2010 Học viên Nguyễn Trọng Ngân TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài : NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU BẰNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ CÔNG NGHỆ TOPBASE Vấn đề thiết kế xử lý đất yếu đường vào cầu giải pháp cột đất trộn xi măng vừa đảm bảo độ ổn định vừa giải triệt để toán lún Tuy nhiên, chi phí thi cơng cột đất trộn xi măng cao Để giảm chi phí đồng thời tận dụng làm việc đồng thời đất cọc, cần thiết kế bố trí cọc cho hợp lý Bố trí cọc xa, hiệu ứng vòm biến mất, đất bị phá vỡ dẫn đến việc ổn định kết cấu bên Ý tưởng chèn cọc xi măng đất top-block (được gọi công nghệ topbase) hình thành để giải tốn kinh tế đảm bảo mặt kỹ thuật Một số phương pháp giảm độ lún lệch đường đầu cầu như: Mố cầu đắp xây dựng móng vững chắc; Thiết kế bố trí giảm tải; Nền đất đầm chặt theo yêu cầu; Hệ thống thoát nước tốt; Nền đường đắp thấp; Phương pháp thi công phù hợp giám sát tốt; Phải có giai đoạn chờ cố kết; sử dụng cọc đất trộn xi măng Trong phương pháp trên, phương pháp cột đất trộn ximăng phương pháp ý đến nhiều với phát triển công nghệ thi công cột đất trộn xi măng (DCM) Công nghệ sử dụng thi cơng phạm vi hẹp (nhất điều kiện thành phố), khơng gây ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh đặc biệt tính hiệu kinh tế Ngồi ra, năm gần đây, cơng nghệ Top-base ứng dụng vào xử lý cho cơng trình dân dụng Việt Nam hiệu Công nghệ xuất phát từ Nhật Bản, sau ứng dụng vào Hàn Quốc có cải tiến cho phù hợp với điều kiện thi công Tác giả mong muốn ứng dụng công nghệ vào việc xử lý đường vào cầu Việt Nam Luận văn nghiên cứu xử lý đất yếu đường vào cầu thơng qua việc mơ tốn phần mềm Plaxis, công cụ mạnh sử dụng phương pháp FEM Với việc phân tích cơng trình điển hình với địa chất đặc trưng khu vực đất yếu Quận – TP HCM, kết nghiên cứu hữu ích việc áp dụng vào cơng trình tương tự, cơng trình nằm khu vực có địa chất yếu THESIS ABSTRACT Title: RESEARCH ON TREATMENT OF MAJOR LAND BASE IN COMBINATION FOR SOLUTION WITH MIXED SOIL CEMENT COLUMNS AND TECHNOLOGY TOPBASE Design problem handled soft ground under the bridge roadbed soil by solution mixing cement column and to ensure stability has solved the problem subsided However, the cost of construction of cement mixed soil column is still high To reduce costs and take advantage of working simultaneously between the ground and piles, to design the layout of the pile so that the most reasonable Arranged pile farther, surround effects disappeared, ground was broken leading to structural instability above The idea of inserting between the piles piling is the topblock (known as technology topbase) was formed to address economic problems, while ensuring technical Some methods to reduce differences in the way of settlement, such as bridge: Abutment and embankment was built on a solid foundation; design layout of the load; compacted soil as required; drainage system good water; low embankment; way to place relevant and better supervision; Must have waiting periods of consolidation, use of soil cement mixing In these methods, soil mixing cement column method is a method much attention to the development of construction technology soil cement mixing column (DCM) This technology can be used for construction in a narrow range (especially in city conditions), without affecting the surrounding works, and especially economic efficiency In addition, in recent years, top-technology base is used in background processing for civil works very effectively in Vietnam This technology comes from Japan, then Korea and applications to improve the conditions suitable for construction The author wishes the application of this technology on the way to handle the demand in Vietnam This thesis will study the treatment of soft soil under the road bridge through simulation Plaxis software problem, a very powerful tool using FEM method With the analysis of a typical building with distinctive geological soil area District - TP HCM City, research results will be helpful in applying to similar works, these works are in major areas of geology MỤC LỤC CHƢƠNG : MỞ ĐẦU 0.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 0.2 Mục tiêu luận văn 0.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 0.4 Giới hạn luận văn CHƢƠNG : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DCM (DEEP CEMENT MIXING) VÀ CÔNG NGHỆ TOP-BASE 1.1 Lịch sử phát triển cột đất trộn xi măng 1.2 Giới thiệu cột đất trộn xi măng xử lý đất yếu dƣới đƣờng đầu cầu 1.2.1 Các nguyên nhân gây độ lún lệch đường dẫn vào cầu 1.2.2 Sơ đồ bố trí cọc đất xi măng mặt 1.2.3 Phương án bố trí cấu tạo hệ cọc 1.3 Các kết nghiên cứu ứng dụng nƣớc cột đất trộn xi măng 1.4 Tổng quan công nghệ Top-base 1.4.1 Mở đầu 1.4.2 Hình dạng kích thước Topblock 11 1.4.3 Tính ưu việt phương pháp Topbase 12 1.4.4 Phạm vi ứng dụng phương pháp Topbase 13 1.4.5 Đặc điểm lý phương pháp Topbase 13 1.4.6 Một số hình ảnh thi công Topbase 14 CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƢỚI NỀN ĐƢỜNG ĐẦU CẦU BẰNG CỘT ĐẤT XI MĂNG VÀ CÔNG NGHỆ TOP-BASE 18 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn cột đất - xi măng 18 2.1.1 Khả chịu tải cọc đơn 18 2.1.2 Khả chịu tải giới hạn nhóm cọc 25 2.1.3 Tính tốn độ lún tổng cộng 26 2.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn công nghệ Top-base 32 2.2.1 Lựa chọn phương pháp 32 2.2.2 Tính toán thiết kế 33 CHƢƠNG : ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP DCM VÀ TOP-BASE ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƢỚI NỀN ĐƢỜNG VÀO CẦU Ở ĐẠI LỘ ĐÔNG TÂY – QUẬN 42 3.1 Giới thiệu cơng trình 42 3.2 Điều kiện địa chất cơng trình 43 3.3 Tính tốn phần mềm Plaxis 2D version 8.5 45 3.3.1 Sơ lược mơ hình 45 3.3.2 Quy đổi mô đun đàn hồi tương đương cột xi măng đất 46 3.3.3 Quy đổi mô đun đàn hồi tương đương Topblock 48 3.3.4 Trường hợp 1: Nền đất chưa gia cố 50 3.3.5 Trường hợp 2: Nền đất gia cố Topbase 58 3.3.6 Trường hợp 3a: Nền đất gia cố cột xi măng đất L=20m, D=600, khoảng cách tim cột 1.1m 63 3.3.7 Trường hợp 3b: Nền đất gia cố cột xi măng đất L=20m, D=600, khoảng cách tim cột 1.6m 71 3.3.8 Trường hợp 3c: Nền đất gia cố cột xi măng đất L=20m, D=600, khoảng cách tim cột 2.1m 77 -109- Bảng 3.16 Giá trị hệ số tập trung ứng suất (TH4c) X Phần cọc Phần topbase n (m) (kN/m2) (kN/m2) - 30.00 32.10 34.20 36.30 38.40 40.50 42.60 44.70 46.80 -61.24 -49.60 -39.94 -44.52 -56.12 -64.61 -91.80 -48.36 -3.16 -36.55 -37.69 -37.30 -35.60 -32.44 -35.52 -46.10 -28.89 -14.64 1.68 1.32 1.07 1.25 1.73 1.82 1.99 1.67 0.22 Hệ số tập trung ứng suaát 2.12 -110- 3.3.13.TRƯỜNG HỢP 4d: NỀN ĐẤT ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG CỘT XM ĐẤT L=20M, D=600, KC=3.1M KẾT HỢP VỚI TOPBASE: Các bước tiến hành tương tự trường hợp 4c, thay đổi khoảng cách cột XM đất 3.1m, đặc trưng vật liệu Cột XM đất lấy theo TH3d Hình 3.66 Sơ đồ mơ hình tốn (TH4d) -111- Thiết lập điều kiện mực nước tương tự TH4c, thể hình 3.67 H3.67a) Thể áp lực nước lỗ rỗng H3.67b) Thể ứng suất ban đầu Hình 3.67 Thiết lập điều kiện mực nước (TH4d) -112- Các kết độ lún thể theo hình 3.68: H3.68a) Độ lún sau thi công H3.68b) Độ lún sau 15 năm Độ lún cơng trình với P