Luận văn thạc sĩ kỹ thuật đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp bơm phụt dung dịch gia cố nền, đề xuất khả năng ứng dụng trong điều kiện địa chất việt nam

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nêu Luận văn trung thực, chƣa đƣợc công bố bất ký cơng trình khác Tơi xin cam đoan tài liệu tham khảo, thông tin trích dẫn Luận văn đƣợc rõ nguồn gốc, đảm bảo đắn, xác, trung thực tuân thủ quy định bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ Hải Phịng, ngày 10 tháng năm 2015 Vũ Ngọc Minh i LỜI CÁM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới PGS.TS Phạm Văn Thứ tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn đƣa nhiều ý kiến quý báu, nhƣ tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu động viên tơi suốt q trình hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn cán Viện Đào tạo sau đại học, thầy khoa Cơng trình thủy trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam bạn đồng nghiệp cung cấp cho tài liệu tham khảo dẫn cho thời gian thực luận văn Trân trọng cám ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN 1.1 Lịch sử hình thành phát triển phƣơng pháp 1.2 Khái niệm, sơ đồ nguyên lý hoạt động 1.3 Dung dịch đông kết (vữa phụt) 10 1.4 Một số tính tốn thiết kế bơm 21 1.5 Một số yêu cầu kỹ thuật công tác 26 CHƢƠNG CƠ SỞ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 30 2.1 Đặt vấn đề phƣơng pháp luận nghiên cứu 31 2.2 Thiết bị thí nghiêm vật liệu thí nghiệm 32 2.3 Quy trình thí nghiệm 43 2.4 Kết thí nghiệm điển hình 48 2.5 Kết thí nghiệm, đánh giá tác dụng phƣơng pháp bơm đến tiêu đất 51 2.6 Các tiêu học 51 2.7 Kết luận 56 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƢỜNG 57 3.1 Ứng dụng công nghệ bơm gia cố số cơng trình 57 3.2 Nhận xét, đánh giá kết thu đƣợc 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Các giới hạn Atterberg khối lƣợng riêng đất 38 2.2 Thơng số sản phẩm Meyco MP320 41 2.3 Thông số chất phụ gia 41 2.4 Thời gian đông kết nanosilice tinh khiết pha 42 loãng 20% 2.5 Tốc độ cố kết dung dịch Nanosilice nguyên chất 46 với tỷ lệ A/N khác 2.6 Các thông số 48 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Nguyên lý số công nghệ khoan 1.2 Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ dƣới lên 1.3 Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ xuống 1.4 Phƣơng pháp ống Măng - xông cho đất rời 10 Xu hƣớng hình thành mặt phẳng phá hoại : vng góc 1.5 với phƣơng ứng suất bé đất (Camberfort, 17 1967) 1.6 Các dạng lọc 19 1.7 Áp lực vữa lớn 24 2.1 Hiện tƣợng lún sụt đất dọc theo tuyến đƣờng sắt phía Bắc nƣớc Pháp 31 2.2 Buổng thí nghiệm 33 2.3 Thiết bị Bender Elements 34 2.4 Thiết bị Bender Elements trƣờng Cầu đƣờng Pháp 35 2.5 Các thiết bị thí nghiêm khác 36 2.6 2.7 Biểu đồ biến thiên độ ẩm theo chiều sâu, Cui, Y.J &Marcial, D Đƣờng cong cấp phối hạt độ sâu khác nhau, Cui, Y.J & Marcial, D (2003) 38 38 2.8 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 2.2m trạng thái ban đầu 39 2.9 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 2.2m sau bị phá hoại 39 2.10 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 3.5m trạng thái ban đầu 39 2.11 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 3.5m sau bị phá hoại 40 2.12 Biểu đồ thời gian đông kết nanosilice tinh khiết pha loãng 20% theo thời gian 42 2.13 Hình dạng mẫu thí nghiệm 43 2.14 Các bƣớc gia cơng chuẩn bị mẫu thí nghiệm 44 v 2.15 Mẫu đất sau gia cố 47 2.16 Biểu đồ biến thiên khối lƣợng buồng bơm 49 2.17 Biểu đồ biến thiên khối lƣợng buồng chứa vữa bơm 50 2.18 Biểu đồ biến thiên áp lực 50 2.19 Biểu dồ kết thí nghiệm Bender Elements theo thời gian 53 2.20 Kết thí nghiệm Bender Elements 53 2.21 Sự biến thiên sóng tới theo thời gian đông kết vữa 53 2.22 Sự biến thiên TVs theo thời gian đông kết vữa 54 2.23 2.24 2.25 Lực dính đơn vị cát sau gia cố vữa xi măng,Maalej, Y(2007) Góc ma sát cát sau gia cố vữa xi măng, Maalej, Y(2007) Biểu đồ mối quan hệ chiều sâu gia cố (h) chiều rộng móng (b) 54 55 55 3.1 Phƣơng án sửa chữa chống thấm cống D10 - Hà Nam 59 3.2 Kết cấu đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La 60 3.3 Thi cơng đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La 61 3.4 Thi công tƣờng chống thấm đập Đá Bạc (Hà Tĩnh) 62 3.5 Sửa chữa chống thấm cống vùng triều 63 vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nhƣ ta biết, đất nơi tiếp nhận tồn tải trọng cơng trình, đóng vai trị then chốt việc đảm bảo làm việc ổn định bền vững cơng trình xây dựng Chính cơng việc bắt đầu dự án xây dựng khảo sát đất để có hiểu biết rõ ràng cụ thể tính chất vật lý, học đất nằm dƣới móng cơng trình Từ kết khảo sát ngƣời ta đƣa đƣợc giải pháp kết cấu nhƣ xử lý cải tạo đất cho đảm bảo tối ƣu tốn kính tế - kỹ thuật cơng trình Ngày này, việc ứng dụng mạnh mẽ thành tựu khoa học kỹ thuật vào xây dựng ngày trở nên phổ biến, cho đời hàng loạt công trình xây dựng vĩ đại tồn giới u cầu bắt buộc đất dƣới đáy móng cơng trình ln đảm bảo cho làm việc ổn định cơng trình mặc cho kích thƣớc, khối lƣợng cơng trình xây dựng tăng lên cách chóng mặt theo phát triển cơng nghệ xây dựng Để đáp ứng u cầu đó, ngồi giải pháp kết cấu, yêu cầu bắt buộc phải có nghiên cứu sâu đất để tìm giải pháp xử lý, cải tạo đất, hơn, hiệu để đáp ứng đƣợc nhu cầu xây dựng ngày phát triển Hiện nay, có nhiều cơng nghệ xử lý đƣợc áp dụng cách hiệu nƣớc giới bắt đầu đƣợc triển khai áp dụng Việt Nam Ngƣời ta chia giải pháp xử lý đất phổ biến nhƣ: - Các biện pháp học: gồm phƣơng pháp làm chặt đầm, đầm chấn động, phƣơng pháp làm chặt giếng cát, loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi ), phƣơng pháp thay đất, phƣơng pháp nén trƣớc, phƣơng pháp vải địa kỹ thuật, phƣơng pháp đệm cát - Các biện pháp vật lý: phƣơng pháp hạ mực nƣớc ngầm, phƣơng pháp dùng giếng cát, phƣơng pháp bấc thấm, điện thấm - Các biện pháp hóa học: phƣơng pháp keo kết đất xi măng, vữa xi măng, phƣơng pháp Silicat hóa, phƣơng pháp điện hóa Trong nhóm xử lý đất nói trên, phƣơng pháp học đời từ sớm nay, ngƣời ta xây dựng đƣợc quy trình, quy chuẩn đầy đủ để áp dụng thực tế Các phƣơng pháp xử lý vật lý hoá học đời muộn nhƣng bƣớc đầu đƣợc ứng dụng tƣơng đối rộng rãi mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật cao Đối với phƣơng pháp hoá học xử lý đất, nƣớc giới, ngƣời ta coi phƣơng pháp có nhiều tiềm tiến hành nhiều nghiên cứu chi tiết mặt lý thuyết thực nghiệm Ở Việt Nam, hạn chế nhiều mặt đặc biệt khoa học kỹ thuật công nghệ thi công nên bƣớc đầu ứng dụng công nghệ vài lĩnh vực mà phƣơng pháp truyền thống không giải đƣợc Với đánh giá nêu phƣơng pháp hoá học xử lý đất, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp Cao học với tên gọi: Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm phương pháp bơm dung dịch gia cố nền, đề xuất khả ứng dụng điều kiện địa chất Việt Nam Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch đông kết vào đất, tập trung nghiên cứu công nghệ khoan thẩm thấu vào mơi trƣờng đất loại sét; từ đánh giá hiệu đề xuất phạm vi ứng dụng phƣơng pháp gia cố đất nƣớc ta Đối tƣợng, phạm vi nội dung nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết vào đất ứng dụng giới Việt Nam; + Nghiên cứu loại dung dịch, phạm vi sử dụng loại dung dịch bơm phụt; số tính tốn cơng tác bơm phụt; + Nghiên cứu diễn giải kết thí nghiệm q trình bơm dung dịch đơng kết vào đất loại sét; + Nghiên cứu, tính tốn với toán giả định để so sánh đề xuất khả ứng dụng phƣơng pháp bơm dung dịnh đông kết gia cố điều kiện địa chất nƣớc ta - Phạm vi nghiên cứu đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch đông kết vào đất, dùng phƣơng pháp khoan phun thẩm thấu vào mơi trƣờng đất loại sét thơng qua thí nghiệm phòng thực tế bơm dung dịch đơng kết vào đất; từ đề xuất khả ứng dụng điều kiện địa chất nƣớc ta Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài - Lấy mẫu đất nguyên dạng trƣờng mang phịng thí nghiệm, sau dùng phƣơng pháp phun dung dịch vào đất để làm thí nghiệm Từ kết thí nghiệm, đánh giá mẫu đất sau phun dung dịch - Áp dụng phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch đông kết vào đất để chống thấm số cơng trình thủy điện, thủy lợi - Nhận xét, đánh giá kết thu đƣợc thực tế Đề xuất khả ứng dụng phƣơng pháp thi công đại trà Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Đề tài đóng góp cho khoa học việc hồn thiện công nghệ gia cố đất phƣơng pháp phun dung dịch vào đất - Đề tài tảng cho phép ứng dụng vào thực tế xử lý đất cho cơng trình xây dựng phức tạp CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN 1.1 Lịch sử hình thành phát triển phƣơng pháp Phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết gia cố đƣợc phát minh kỹ sƣ ngƣời Pháp Charles Berigny, đƣợc sử dụng lần vào năm 1802 tiến hành sửa chữa móng cho cơng trình cửa cống xả vùng Dieppe, cộng hịa Pháp (theo Glossop, 1961) Nền đất khu vực này, chủ yếu đất rời với tính thấm cao, đƣợc gia cố cách bơm dung dịch vữa xi măng Porland Việc gia cố nhƣ đƣợc hoàn tất năm 1809 cho tồn cơng trình, đƣợc đánh giá thành cơng mục đích tăng cƣờng sức chịu tải giảm tính thấm cho Sau đó, số thử nghiệm nhằm phát triển thiết bị bơm dung dịch đƣợc tiến hành (theo Houlsby, 1990) Tiếp theo, ngƣời ta điều chỉnh quy trình bơm dung dịch cho thích hợp với việc sửa chữa khối xây, vấn đề đƣợc kỹ sƣ ngƣời Pháp (Raynal) ghi lại báo khoa học năm 1837 Trong năm tiếp theo, việc cải thiện thiết bị bơm cho phép áp dụng công nghệ để bơm dung dịch vào nứt vỡ có kích thƣớc nhỏ Một thành tựu phƣơng pháp tác dụng lấp đầy lỗ rỗng, hang ngầm đất Một kỹ sƣ ngƣời Pháp, Beaudemoulin thành công việc bơm dung dịch vữa vôi tơi vào lỗ rỗng có kích thƣớc lớn bên dƣới móng cầu giai đoạn 1835 đến 1836 (theo Littlejohn, 2003) Tại nƣớc Anh, Kinipple tiến hành loạt thí nghiệm giai đoạn 1856 đến 1858 nhằm chứng minh tính khả thi phƣơng pháp việc bịt vết nứt sửa chữa hỏng hóc kết cấu biển (theo Houlsby, 1990) Trong báo cáo mình, Glossop (1961) trình bày việc sử dụng vữa xi măng để bịt khe nứt lỗ rỗng đá hai đập thủy điện nƣớc Anh năm 1876 1877, nhƣ việc bịt khe nứt lỗ rỗng đá cầu tàu Malta Alexandria giai đoạn từ 1882 ... pháp bơm dung dịch gia cố nền, đề xuất khả ứng dụng điều kiện địa chất Việt Nam Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch đông kết vào đất, tập trung nghiên cứu. .. ứng dụng giới Việt Nam; + Nghiên cứu loại dung dịch, phạm vi sử dụng loại dung dịch bơm phụt; số tính tốn cơng tác bơm phụt; + Nghiên cứu diễn giải kết thí nghiệm q trình bơm dung dịch đông kết. .. từ đánh giá hiệu đề xuất phạm vi ứng dụng phƣơng pháp gia cố đất nƣớc ta Đối tƣợng, phạm vi nội dung nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết