Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng khu trạm bốc dỡ container thuộc cảng quốc tế lạch huyện hải phòng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HÀ NỘI ******************************** ĐÀO QUANG THÀNH THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT - XI MĂNG KHU TRẠM BỐC DỠ CONTAINER THUỘC CẢNG QUỐC TẾ LẠCH HUYỆN – HẢI PHÒNG Ngành: Kỹ thuật Địa chất Mã số: 60520501 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Huy Phương HÀ NỘI, 2015 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Phạm vi đối tượng nghiên cứu đề tài Nhiệm vụ đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cơ sở tài liệu luận văn Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ trộn sâu để gia cố cọc đất xi măng Việt Nam giới 1.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp cải tạo đất yếu cọc đất 14 xi măng 1.3 Quy trình thiết kế, thi công cọc đất xi măng công nghệ Jet 16 Grouting 1.4 Trình tự bước tiến hành xử lý đất yếu cọc đất xi 26 măng theo công nghệ Jet Grouting Chương ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Vị trí địa lý, đặc điểm kinh tế xã hội 27 2.2 Đặc điểm khí hậu 28 2.3 Đặc điểm thủy văn hải văn 33 2.4 Các thành tạo địa chất khu vực 39 2.5 Tân kiến tạo kiến tạo đại 42 2.6 Địa hình, địa mạo 43 Chương ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC XÂY DỰNG 3.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 46 3.2 Địa tầng tính chất lý đất 46 3.3 Đặc điểm nước khu vực 53 Chương THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT - XI MĂNG KHU TRẠM BỐC DỠ CONTAINERTHUỘC CẢNG QUỐC TẾ LẠCH HUYỆN - HẢI PHỊNG 4.1 Quy mơ dự án 54 4.2 Tính toán độ lún đất 55 4.3 Cơ sở tiêu chuẩn lựa chọn để thiết kế 57 4.4 Trình tự bước thiết kế 57 4.5 Phương pháp thí nghiệm trộn mẫu đất xi măng phòng 58 Thiết kế xử lý đất yếu cọc đất xi măng theo công 87 4.6 nghệ Jet Grouting KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Ký hiệu bảng Tiêu đề bảng Trang Bảng 1.1 Một số cơng trình tiêu biểu TDC xử lý công nghệ cọc đất xi măng - trộn sâu 13 Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật thông dụng khoan vữa cao áp 24 Bảng 2.1 Các yếu tố khí tượng trung bình hàng tháng nhiều năm khu vực thành phố Hải Phịng 29 Bảng 2.2 Tần suất xuất gió nhiều năm trạm Hịn Dấu mùa đơng (%) 30 Bảng 2.3 Tần suất xuất gió nhiều năm trạm Hòn Dấu mùa hè (%) 30 Bảng 2.4 Đặc trưng tốc độ gió khu vực nghiên cứu 31 Bảng 2.5 Tần suất xuất gió nhiều năm trạm Hịn Dấu (%) 32 Bảng 2.6 Mực nước ứng với tần suất lý luận Hòn Dấu 35 Bảng 2.7 Mực nước ứng với tần suất tích lũy Hịn Dấu 35 Bảng 2.8 Độ cao chu kỳ sóng lớn (1950 – 2004) trạm Hòn Dấu 36 Bảng 2.9 Độ cao tần suất xuất sóng khu vực nghiên cứu 2005-2006 38 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp phụ 1a 46 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp phụ 1b 47 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp 47 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp phụ 3a 48 Bảng 3.5 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp phụ 3b 49 Bảng 3.6 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp phụ 3c 49 Bảng 3.7 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp 50 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp 50 Ký hiệu bảng Tiêu đề bảng Trang Bảng 3.9 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp 51 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp 52 Bảng 3.11 Bảng tổng hợp tiêu lý lớp 52 Bảng 3.12 Kết phân tích thành phần hóa lý mẫu nước 53 Bảng 4.1 Tải trọng tác dụng lên cơng trình 55 Bảng 4.2 Kết tính độ lún cuối 56 Bảng 4.3 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S1, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.79 g/cm3 59 Bảng 4.4 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S1, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.83 g/cm3 60 Bảng 4.5 Tính toán cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S1, 60 khối lượng thể tích trung bình lớp 1.76 g/cm Bảng 4.6 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S3, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.65 g/cm3 61 Bảng 4.7 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S3, 61 khối lượng thể tích trung bình lớp 1.87 g/cm Bảng 4.8 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S3, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.77 g/cm3 62 Bảng 4.9 Tính toán cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S5, 62 khối lượng thể tích trung bình lớp 1.77 g/cm3 Bảng 4.10 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S5, 63 khối lượng thể tích trung bình lớp 1.96 g/cm Bảng 4.11 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S5, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.77 g/cm3 63 Bảng 4.12 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S6, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.77 g/cm3 64 Ký hiệu bảng Tiêu đề bảng Trang Bảng 4.13 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S6, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.84 g/cm3 64 Bảng 4.14 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S6, 64 khối lượng thể tích trung bình lớp 1.76 g/cm Bảng 4.15 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan (S1+S3+S5), khối lượng thể tích trung bình lớp 1.70 g/cm3 65 Bảng 4.16 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan (S1+S3+S5), khối lượng thể tích trung bình lớp 1.89 g/cm3 65 Bảng 4.17 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan (S1+S3+S5), khối lượng thể tích trung bình lớp 1.77 g/cm3 65 Bảng 4.18 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S6, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.77 g/cm3 (Xi măng Hải Phịng PC 40) 66 Bảng 4.19 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S6, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.89 g/cm3 (Xi măng Hải Phịng PC 40) 66 Bảng 4.20 Tính tốn cấp phối đất - xi măng với lớp hố khoan S6, khối lượng thể tích trung bình lớp 1.77 g/cm3 (Xi măng Hải Phòng PC 40) 66 Bảng 4.21 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S1 72 Bảng 4.22 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S1 73 Bảng 4.23 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S1 74 Bảng 4.24 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S3 75 Ký hiệu bảng Tiêu đề bảng Trang Bảng 4.25 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S3 76 Bảng 4.26 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi - 77 Lớp Hố khoan S3 Bảng 4.27 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S5 78 Bảng 4.28 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S5 79 Bảng 4.29 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S5 80 Bảng 4.30 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp 2, Hố khoan S6 81 Bảng 4.31 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S6 82 Bảng 4.32 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp 2, 4, Hố khoan (S1+S3+S5) 83 Bảng 4.33 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp 2, Hố khoan S6 (Xi măng Hải Phòng PC 40) 84 Bảng 4.34 Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu 7, 28 ngày tuổi Lớp Hố khoan S6 (Xi măng Hải Phòng PC 40) 85 Bảng 4.35 Bảng tổng hợp khối lượng cọc đất xi măng gia cố 89 Bảng 4.36 Bảng tính lún khối gia cố 91 Bảng 4.37 Khối lượng công tác khoan lấy mẫu 94 Bảng 4.38 Khối lượng dự kiến thí nghiệm nén tĩnh 95 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Ký hiệu Tiêu đề hình vẽ Trang Hình vẽ Hình 1.1 Cọc đất - xi măng sau thi cơng Hình 1.2 Một số ví dụ bố trí cọc đất – xi măng Hình 1.3 Mặt hệ cọc đất – xi măng gia cố vách hố đào cơng trình Central Plaza, Thái Lan Hình 1.4 Q trình thi cơng cọc đất – xi măng trộn sâu, cơng trình 10 Central Plaza, Thái Lan Hình 1.5 Gia cơng thành hố đào móng cọc đất – xi măng, cơng 10 trình Central Plaza, Thái Lan Hình 1.6 Sơ đồ khối lượng cọc đất xi măng thi công (m) 12 Hình 1.7 Tóm tắt sơ đồ trình tự thiết kế cọc đất xi măng để xử lý 17 đất yếu Hình 1.8 Các ứng dụng cơng nghệ trộn 19 Hình 1.9 Sơ đồ cơng nghệ Jet Grouting 19 Hình 1.10 Cơng nghệ Jet Grouting 21 Hình 1.11 Sơ đồ thi công cọc đất xi măng theo công nghệ Jet Grouting 25 Hình 2.1 Khu vực nghiên cứu 27 Hình 2.2 Hoa gió tổng hợp trạm Hịn Dấu (1984 – 2013) 31 Hình 2.3 Biểu đồ tần suất tích lũy mực nước trạm Hịn Dấu 36 Hình 2.4 Hoa gió tổng hợp khu vực nghiên cứu; Từ 15/7/2005 đến 38 14/8/2006 Hình 4.1 Quy trình thiết kế lặp, gồm thí nghiệm phịng, thiết kế chức năng, thử trường thiết kế công nghệ 57 Ký hiệu Tiêu đề hình vẽ Trang Hình vẽ Hình 4.2 Trộn đất xi măng phịng thí nghiệm 68 Hình 4.3 Đúc mẫu thí nghiệm 69 Hình 4.4 Các mẫu sau đúc xong 69 Hình 4.5 Chuẩn bị mẫu trước nén 69 Hình 4.6 Mẫu đất – xi măng trước nén 70 Hình 4.7 Mẫu trụ đất xi măng máy nén trục chuẩn bị nén 71 Hình 4.8 Mẫu bị phá hủy sau nén 71 Hình 4.9 Biểu đồ quan hệ lượng xi măng cường độ kháng nén 86 nở hơng Hình 4.10 Biểu đồ quan hệ qu(7) qu(28) 86 Hình 4.11 Mặt cắt địa tầng xử lý cọc đất xi măng 88 Hình 4.12 Sơ đồ bố trí cọc đất xi măng Panel 89 Hình 4.13 Móng khối quy ước 91 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận văn thật chưa công bố cơng trình khác Các số liệu cơng tác thiết kế tính tốn hàm lượng xi măng cho cọc trình bày luận văn tác giả trực tiếp thực Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Đào Quang Thành MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH KHU TRẠM BỐC DỠ CONTAINER THUỘC CẢNG QUỐC TẾ LẠCH HUYỆN - HẢI PHÒNG GHI CHÚ: Cát hạt mịn màu xám, lẫn vỏ sò Sét màu xám, trạng thái dẻo chảy Sét màu loang lổ, trạng thái dẻo mềm Cát hạt mịn, màu xám vàng, xám sáng Sét màu xám vàng, xám sáng, dẻo mềm Cát hạt mịn, màu xám vàng, xám sáng Sét màu xám vàng, xám nâu, dẻo cứng Sét màu xám, trạng thái dẻo chảy Cát hạt vừa, màu xám vàng, chặt vừa Sét pha màu nâu tím, trạng thái cứng Sét bột, cát kết phong hóa BẢNG TỔNG HỢP CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT NỀN CƠNG TRÌNH: CẢNG QUỐC TẾ LẠCH HUYỆN - HẢI PHỊNG % % % GTN % g/cm % n e0 % ϕ C a1-2 ϕ C a1-2 độ 2 kG/cm cm /kG độ Nén nở hơng Thí nghiệm máy nén trục Thỏi ε qu Thỏi 2 kG/cm cm /kG kG/cm % ε qu kG/cm % φuu Cuu kN/m độ Hàm lượng hữu Hệ số rỗng Độ rỗng GBH Hệ số nén lún B g/cm Độ bão hòa Độ sệt γck Lực dính kết γBH KLTT khơ KLTT bão hịa γTN Góc ma sát WBH Hệ số nén lún WTN Độ ẩm bão hòa IP Độ ẩm tự nhiên WP Trạng thái bão hịa Lực dính kết 2.65 WL Trạng thái tự nhiên Góc ma sát 3.89 Chỉ số dẻo 6.92 Giới hạn dẻo g/cm Giới hạn chảy Khối lượng riêng ρ