Phân tích ổn định tầng hầm công trình trong vùng đất nhiễm mặn có gia cố xi măng ở tỉnh bến tre

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ THANH TÍN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TẦNG HẦM CƠNG TRÌNH TRONG VÙNG ĐẤT NHIỄM MẶN CÓ GIA CỐ XI MĂNG Ở TỈNH BẾN TRE ANALYSIS STABILITY OF DIAPHRAGM WALL IN SALINE SOIL WITH CEMENT-TREATED IN BEN TRE PROVINCE Chuyên ngành: Địa kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8580211 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2021 Cơng trình hồn thành tại: Trường đại học bách khoa –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS ĐỖ THANH HẢI Cán chấm nhận xét 1: PGS TS LÊ ANH TUẤN Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN NGỌC PHÚC Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 20 tháng 01 năm 2021 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS TS Lê Bá Vinh PGS TS Bùi Trường Sơn PGS TS Lê Anh Tuấn TS Nguyễn Ngọc Phúc ThS Phạm Hoàng Nhân Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS TS LÊ BÁ VINH PGS TS LÊ ANH TUẤN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ THANH TÍN MSHV: 1870077 Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/1994 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số : 8580211 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ổn định tầng hầm cơng trình vùng đất nhiễm mặn có gia cố xi măng tỉnh Bến Tre NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ ▪ Phân tích ổn định tầng hầm cơng trình vùng đất nhiễm mặn có gia cố xi măng tỉnh Bến Tre Nội dung ▪ Mở đầu ▪ Chương 1: Tổng quan nghiên cứu trước đặt tính đất vùng nhiễm mặn tường chắn hố đào sâu có gia cường đất trộn xi măng ▪ Chương 2: Cơ sở lý thuyết ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn phân tích chuyển vị tường vây hố đào sâu ▪ Chương 3: Đánh giá chuyển vị hố đào sâu mơi trường đất nhiễm mặn có gia cố xi măng đất ▪ Kết luận kiến nghị II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2020 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/01/2021 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ THANH HẢI TP HCM, ngày 04 tháng 01 năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TS Đỗ Thanh Hải PGS TS Lê Bá Vinh TRƯỜNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) PGS TS Lê Anh Tuấn LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến TS Đỗ Thanh Hải tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho suốt thời gian thực luận văn Bên cạnh tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, đặc biệt thầy cô thuộc Bộ Mơn Địa Cơ Nền Móng tận tình hỗ trợ truyền đạt kiến thức cho suốt trình học tập trường Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp cho tơi nguồn động viên tinh thần to lớn để hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! TP HCM, ngày 04 tháng 01 năm 2021 LÊ THANH TÍN TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung phân tích ổn định tường hầm cơng trình có gia cố xi măng đất nằm vùng đất nhiễm mặn khu vực ven biển tỉnh Bến Tre Nền đất khu vực nằm sát bờ biển nên chịu ảnh hưởng rõ rệt dâng lên, hạ xuống mực nước biển bị nhiễm mặn Cơng trình sử dụng tường vây D600 (Diaphragm Wall) sâu 28m so với mặt đất tự nhiên, mặt hố đào dài 48.7m, rộng 36.5m, có tầng hầm với chiều sâu đào lớn 8.3m, thi công phương pháp Bottom-Up Bài tốn hố đào mơ phần mềm Plaxis 3D CE V20 sử dụng mơ hình Hardening Soil Tác giả phân tích so sánh hiệu hạn chế chuyển vị tường vây thông qua cách bố trí cọc xi măng đất đáy hố đào đất tự nhiên đất xét đến đất nhiễm nước mặn Kết cho thấy, cường độ đất trộn xi măng trường hợp đất nhiễm nước mặn giảm 40% so với đất tự nhiên, kết nội lực tường hầm trường hợp 3A cho thấy giá trị mô men mặt ngồi tường hầm thay đổi khơng đáng kể hình dạng đường bao mơ men mặt ngồi tường gần Như vậy, suy giảm cường độ đất trộn xi măng gia cố đáy hố đào theo dạng lưới ô vuông vùng đất nhiễm mặn ảnh hưởng không đáng kể đến nội lực tường vây ABSTRACT This thesis focuses on analyzing the stability of the diaphragm wall in saline soil with cement-treated in the coastal area of Ben Tre province The ground in this area is located close to the coast, so it is significantly affected by the rise and fall of the sea level and salinity This study uses the D600 diaphragm wall 28m deep compared to the natural ground, the pit surface is 48.7m long, 36.5m wide, with basements with the largest depth of excavation of 8.3m, constructed by method Bottom-Up The excavation problem was simulated by the Plaxis 3D CE V20 software using the Hardening Soil model The author analyzes and compares the effect of limiting the displacement of the diaphragm wall through the arrangement of soil-cement piles at the bottom of the excavated hole in the natural ground and the ground when considering saline soils The results show that the strength of cement-mixed soil in the case of saline soils decreases by 40% compared to natural soil, but the results of the internal force of the tunnel wall in cases and 3A show the value of the outer wall moment the tunnel changes slightly and the outside wall torque contour shape is nearly the same Thus, the decrease of the strength of the cement-mixed soil when reinforcing at the bottom of the excavated hole in the form of a grid in the salty soil has a negligible effect on the internal force of the diaphragm wall LỜI CAM ĐOAN Luận văn hoàn thành hướng dẫn phê duyệt TS Đỗ Thanh Hải Các kết Luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm đề tài thực TP HCM, ngày 04 tháng 01 năm 2021 LÊ THANH TÍN i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .1 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn Giới hạn nghiên cứu đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC VỀ ĐẶT TÍNH CỦA ĐẤT TRONG VÙNG NHIỄM MẶN VÀ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG ĐẤT TRỘN XI MĂNG 1.1 `Ổn định tầng hầm cơng trình theo tiêu chuẩn Việt Nam hành 1.2 Tổng hợp độ mặn số vùng có đất nhiễm mặn 1.2.1 Kết đo độ mặn Cần Giờ, TP.HCM 1.2.2 Kết đo độ mặn Bình Đại, tỉnh Bến Tre 1.3 Các nghiên cứu đặc trưng đất bị ảnh hưởng độ mặn đất thay đổi 1.3.1 Các tiêu vật lý, trạng thái sức chống cắt đất 1.3.2 Các tiêu nén lún đất 10 1.3.3 Hệ số thấm đất 11 1.3.4 Chỉ tiêu mô đun cố kết Eoed đất 14 1.4 Các nghiên cứu đất trộn xi măng vùng đất nhiễm mặn 16 1.4.1 Theo nghiên cứu Suksun Horpibulsuk [11] 16 1.4.2 Theo nghiên cứu Moulay Youssef Monsif cộng [12] .18 1.4.3 Luận văn thạc sĩ Lê Hoàng Phương [13] 20 1.5 Tường chắn hố đào sâu có gia cường đất trộn xi măng 22 1.5.1 Các nghiên cứu chuyển vị ngang tường 22 1.5.2 Ứng dụng cọc xi măng đất hố đào sâu 24 1.6 Nhận xét 29 ii CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU 30 2.1 Tính tốn kiểm tra ổn định đáy hố đào 30 2.1.1 Phương pháp Terzaghi – Peck [18] 30 2.1.2 Phương pháp Terzaghi cải tiến [18] 31 2.1.3 Phương pháp tính chống trồi đáy đồng thời xem xét c φ [18].32 2.1.4 Ổn định chống trồi đáy hố bơm [18] 34 2.2 Phương pháp đơn giản hóa để tính tốn chuyển vị tường chắn 35 2.2.1 Theo nghiên cứu Briaud Lim [20] .35 2.2.2 Theo nghiên cứu Clough O’Rourke [14] .36 2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn .37 2.3.1 Mơ hình Mohr – Coulomb 38 2.3.2 Mơ hình Hardening Soil 42 2.4 Các phương pháp phân tích nước (Drained analysis) khơng nước (Undrained analysis) phân tích Plaxis 47 2.4.1 Phân tích nước (Drained analysis) 47 2.4.2 Phân tích khơng nước (Undrained analysis) 47 2.5 Nhận xét 50 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CHUYỂN VỊ CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG MƠI TRƯỜNG ĐẤT NHIỄM MẶN CĨ GIA CỐ XI MĂNG ĐẤT .51 3.1 Giới thiệu công trình bước thi cơng tầng hầm .51 3.2 Thông số mặt cắt địa chất 52 3.3 Mơ tốn thơng số đầu vào 56 3.3.1 Phương pháp tính 59 3.3.2 Thông số đất .59 3.3.3 Thông số đất trộn xi măng 63 3.3.4 Các thông số tường vây hệ chống 64 3.3.5 Mơ hình tính tốn Plaxis 65 3.4 Kết tính tốn 70 3.4.1 Lựa chọn phương án gia cố xi măng đất với thông số đất tự nhiên 72 3.4.2 Kết tính tốn trường hợp 1A 81 3.4.3 Kết tính tốn trường hợp 3A 85 92 [11] S Horpibulsuk et al, "Strength development in blended cement admixed saline clay," Applied Clay Science, p 9, 2011 [12] M Y Monsif, J Liu and N Gurpersaud, "Impact of salinity on strength and microstructure of cement-treated Champlain Sea clay," Marine Georesources & Geotechnology, 2020 [13] L H Phương, "Ảnh hưởng nồng độ muối đến cường độ đất trộn Xi măng vùng Cần Giờ - Ứng dụng vào thiết kế đường," Luận văn Thạc sĩ, 2012 [14] C Y Ou, Deep Excavation Theory and Practice, 2006 [15] Advisory Note 1/09 on Earth Retaining or Stabilising Structures (ERSS), Building and Construction Authority, 2009 [16] Hashash, Analysis of Deep Excavation in Clay, 1992 [17] G T Lim, Stabilisation Of An Excavation By An Embedded Improved Soil Layer, National University Of Singapore, 2003 [18] N B Kế, Thiết kế Thi cơng hố móng sâu, Hà Nội: Nhà xuất Xây Dựng, 2010 [19] Rutherford C.J., Biscontin G., Koutsoflas D., Briaud J.L, "Design Process of Deep Soil Mixed Walls for Excavation Support," International Journal of Geoengineering Case Histories, vol 1, no 2, pp 56-72, 2007 [20] J.-L Briaud and Y Lim, "Tieback walls in sand: numerical simulation and design implications," Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, vol 125, no 2, pp 101-111, 1999 [21] V Phán, H T Thao, Đ T Hải and P L M Phượng, Các Phương Pháp Khảo Sát Hiện Trường & Thí Nghiệm Đất Trong Phịng, Nhà xuất đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2015 [22] Plaxis manuals, Plaxis Material Models, Connect Edition V20 [23] Schanz et al, "The hardening soil model: Formulation and verification," Beyond 2000 in Computational Geotechnics, pp 281-296, 1999 93 [24] Burt G Look, Handbook of Geotechnical Investigation and Design Tables, CRC Press/Balkema, 2014 [25] Bjerrum, L., "Geotechnical Properties of Norwegian Marine Clays," Géotechnique, vol 4, no 2, pp 49-69, 1954 [26] T N H Hùng, Công nghệ Đất trộn Xi măng (SCM) gia cố đất yếu, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2019 PHẦN PHỤ LỤC Phụ lục 1: Xác định độ mặn thơng qua kết thí nghiệm hóa lý ❖ Định nghĩa độ mặn: Độ mặn hay độ muối ký hiệu S‰ (S viết tắt từ chữ salinity - độ mặn) tổng lượng (tính theo gram) chất hòa tan chứa kg nước Trong hải dương học, người ta sử dụng độ muối (salinity) để đặc trưng cho độ khoáng nước biển, hiểu tổng lượng tính gam tất chất khống rắn hồ tan có kg nước biển ❖ Độ mặn đất: Độ mặn đất hàm lượng muối đất, trình tăng hàm lượng muối gọi hóa mặn Độ tăng thể tích dung dịch thêm muối vào tương đối nhỏ, xem khơng thay đổi thể tích dung dịch ban đầu ❖ Tính độ mặn mẫu nước (hố khoan CL1) Tổng lượng ion dương hịa tan phân tích được: 1573.94 mg/l = 1.57394 g/l Tổng lượng ion dương hịa tan phân tích được: 3455.06 mg/l = 3.45506 g/l Tổng khối lượng chất tan phân tích: msalt = Tổng lượng ion dương hòa tan + Tổng lượng ion âm hòa tan = 1.57394 + 3.45506 = 5.0290 g/l Quy đổi dung dịch có nồng độ tương đương cách giả sử hòa tan x (g) muối tan vào 1000 g nước tinh khiết 27.5oC Khi đó, nồng độ (g/l) dung dịch tính: C= x x x = = (g/l) với ρdd = 1000 (g/l) Vdd mdd / dd x + 1000 dd Từ tính dung dịch tương đương mẫu cách pha 5.029 g muối vào 1000 g nước tính khiết Cơng thức tính độ mặn mẫu nước: S ( o oo) = msalt 5.029 1000 = 1000 = 5.003 (‰) mass of solution 1000 + 5.029 Tương tự với mẫu nước khác, tác giả tổng hợp kết Bảng 1.3 Độ mặn mẫu đất Bến Tre 2 PHỤ LỤC BẢNG BIỂU KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HĨA LÝ CÁC MẪU ĐẤT PHỤ LỤC PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HĨA HỌC MẪU NƯỚC 10 11 12 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: LÊ THANH TÍN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/1994 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: Xã Tịnh Minh, Huyện Sơn Tịnh, Tỉnh Quảng Ngãi Điện thoại: 0359732454 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 2012 đến 2017: Sinh viên khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa TP HCM Từ năm 2018 đến 2020: Cao học ngành Địa kỹ thuật Xây dựng - khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa TP HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ năm 2017 đến 2018: Công tác Công ty Cổ phần Xây dựng số - COFICO Từ năm 2018 đến 02/2020: Công tác Viện Thủy lợi Môi trường Từ năm 4/2020 đến nay: Công tác Công ty Cổ phần Bê tông Ly tâm Thủ Đức ... TÀI: Phân tích ổn định tầng hầm cơng trình vùng đất nhiễm mặn có gia cố xi măng tỉnh Bến Tre NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ ▪ Phân tích ổn định tầng hầm cơng trình vùng đất nhiễm mặn có gia cố xi. .. nối nghiên cứu đất nhiễm mặn, học viên dựa số liệu có để tiến hành phân tích ổn định tường tầng hầm cơng trình có gia cố xi măng đất vùng đất nhiễm mặn Mơ tính tốn ổn định cơng trình giới hạn... pháp đất trộn xi măng gia cố điểm có chuyển vị lớn xác định từ kết phân tích tường chắn không gia cố đất trộn xi măng 26 Hình 1.20 Ổn định lớp đất trộn xi măng Hình 1.21 Ổn định sơ đồ lớp đất