Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền dự án tành phần 07, công trình đường liên cảng cái mép thị vải và thiết kế phương án xử lý nền bằn cọc đất xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN XUÂN THẮNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN DỰ ÁN THÀNH PHẦN 07, CƠNG TRÌNH ĐƢỜNG LIÊN CẢNG CÁI MÉP-THỊ VẢI VÀ THIẾT KẾ PHƢƠNG ÁN XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC ĐẤT- XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN XUÂN THẮNG Chuyên ngành: Địa chất cơng trình Mã số:60.44.65 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN DỰ ÁN THÀNH PHẦN 07, CÔNG TRÌNH ĐƢỜNG LIÊN CẢNG CÁI MÉP-THỊ VẢI VÀ THIẾT KẾ PHƢƠNG ÁN XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC ĐẤT- XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Tạ Đức Thịnh HÀ NỘI, NĂM 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, số liệu, kết trình bày luận văn thật chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Xuân Thắng MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP GIA CỐ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan đất yếu 1.2 Tổng quan phương pháp xử lý đất yếu CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÀ CẤU TRÚC NỀN KHU VỰC DỰ ÁN 20 2.1 Đặc điểm địa chất cơng trình khu vực dự án 20 2.2 Các vấn đề địa chất cơng trình xây dựng tuyến đường 34 2.3 Phân chia cấu trúc 39 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM CỦA PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 43 3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý đất yếu cọc đất-xi măng 43 3.2 Cơ sở thực nghiệm phương pháp xử lý đất yếu cọc đất – xi măng tuyến đường 57 3.3 Giới thiệu số công nghệ xử lý cọc đất – xi măng 60 CHƢƠNG THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN DỰ ÁN BẰNG PHƢƠNG PHÁP CỌC ĐẤT - XI MĂNG 77 4.1 Tính tốn thiết kế 77 4.2 Trình tự thi cơng 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số liệu số cơng trình khác sử dụng cọc đất xi măng Việt Nam 16 Bảng 2.1 Mực nước cao sông Thị Vải Vịnh Gành Rái 21 Bảng 2.1 Mực nước thấp sông Thị Vải Vịnh Gành Rái 22 Bảng 2.3 Thông kế mức thủy triều nhà máy đóng tàu An Phú 22 Bảng 2.4 Mực thủy triều năm 2007 23 Bảng 2.5 Thống kê phân bố lớp hố khoan 29 Bảng 2.6 Thống kê phân bố lớp hố khoan 30 Bảng 2.7 Thống kê phân bố lớp hố khoan 31 Bảng 2.8 Các tiêu lý lớp đất 33 Bảng 2.9 Độ lún cơng trình trường hợp khơng có gia cố 38 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm nén mẫu đất – xi măng ngày tuổi 58 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm nén mẫu đất - xi măng 14 ngày tuổi 58 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm nén mẫu đất xi măng 28 ngày tuổi 59 Bảng 3.4 So sánh Bắc Âu Nhật Bản theo công nghệ trộn khô 62 Bảng 3.5 Đặc tính kỹ thuật trộn Bắc Âu Nhật Bản theo công nghệ trộn khô 63 Bảng 3.6 So sánh công nghệ trộn ướt châu Âu Nhật Bản 65 Bảng 3.7 Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn ướt châu Âu Nhật Bản 65 Bảng 3.8 Các thống số công nghệ Jet – grouting 72 Bảng 4.1 Phân chia đoạn xử lý khác 77 Bảng 4.2 Xác định khoảng cách cọc tối ưu cho mặt cắt 80 Bảng 4.3 Xác định khoảng cách cọc tối ưu cho mặt cắt 80 Bảng 4.4 Kiểm tra sức chịu tải cọc đất – xi măng 82 Bảng 4.5 Kiểm tra cường độ cọc đất xi măng sau 83 Bảng 4.6 Kiểm tra theo điều kiện đất 84 Bảng 4.7 Kiểm tra theo sức chịu tải nhóm cọc 84 Bảng 4.8 Độ lún tổng công trình sau gia cố 85 Bảng 4.9 Độ lún theo thời gian cơng trình (theo mặt cắt 1) 86 Bảng 4.10 Độ lún theo thời gian cơng trình (theo mặt cắt 2) 86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ tính ổn định phần mềm geo-slope 37 Hình 2.2 Sơ đồ tính lún đường không gia cố 37 Hình 2.3 Cấu trúc dạng I 41 Hình 2.4 Cấu trúc dạng II 42 Hình 3.1 Quá trình đạt cường độ đất gia cố xi măng 44 Hình 3.2 Sơ đồ phá hoại đất dính gia cố cột xi măng-đất 49 Hình 3.3 Quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu đất – xi măng 50 Hình 3.4 Khả chịu tải nhóm cọc đất xi măng 50 Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn biến dạng 52 Hình 3.6 Sơ đồ tải trọng truyền cho cọc 54 Hình 3.7 Sơ đồ tải trọng truyền cho đất không ổn định cọc tải trọng vượt độ bền rão 54 Hình 3.8 Sơ đồ thi cơng trộn khơ 61 Hình 3.9 Sơ đồ thi cơng trộn ướt 63 Hình 3.10 So sánh hiệu sử dụng khoan cao áp với phương pháp khoan hoá chất khoan xi măng áp lực thấp 67 Hình 3.11 Sự phát triển cường độ nén đất – xi măng 68 Hình 3.12 Cường độ nén đất xi măng 68 Hình 3.13 Các cơng nghệ Jet-grouting 69 Hình 3.14 Mơ tả q trình thi cơng tạo cột ximăng - đất 71 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí cọc đất xi măng đoạn xử lý 81 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí cọc đất xi măng đoạn xử lý 81 Hình 4.3 Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc 88 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Theo quy hoạch cảng biển toàn quốc, khu vực cảng Cái Mép - Thị Vải tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu thuộc nhóm cảng biển số 5, khu cảng cửa ngõ phía Nam cho phép tàu có trọng tải 6000 - 8000 TEU vào thuận lợi Đây cửa ngõ giao lưu thương mại, kinh tế với nước giới động lực cho vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Sản lượng hàng hố qua cảng biển tỉnh năm 2009 đạt khoảng 28,4 triệu tấn, dự báo đến năm 2020 lượng hàng hố thơng qua nhóm cảng biển địa bàn tỉnh khoảng 120 145 triệu Tuyến đường liên cảng Cái Mép - Thị Vải qua khu công nghiệp tập trung với diện tích 4.000 nhóm cảng biển số khai thác 17 cảng, khởi công xây dựng 13 dự án, chuẩn bị đầu tư xây dựng 13 dự án cảng với tổng mức đầu tư khoảng 100 ngàn tỷ đồng Dự án thành phần số thuộc dự án đường liên cảng Cái Mép - Thị Vải nằm địa bàn xã Mỹ Xuân, huyện Tân Thành bao gồm gói thầu: xây lắp cầu Rạch Mương; xây lắp đường gói thầu điện nước phục vụ cơng trình Nền đường thuộc dự án thành phần số đường liên cảng Cái Mép – Thị Vải cấu tạo đất yếu bùn sét có chiều dày biến đổi phức tạp, khơng có giải pháp xử lý thích hợp, gây ổn định thi công tuyến đường Vì vậy, nghiên cứu đặc điểm cấu trúc đoạn tuyến thiết kế giải pháp xử lý thích hợp, đảm bảo ổn định cho cơng trình vấn đề quan trọng cần thiết Mục tiêu đề tài Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc thiết kế giải pháp xử lý đất yếu dự án thành phần số thuộc dự án đường liên cảng Cái Mép - Thị Vải cọc đất-xi măng đảm bảo kỹ thuật kinh tế Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu cấu trúc đất yếu phương pháp gia cố xử lý đất yếu cọc đất-xi măng; Phạm vi nghiên cứu khu vực có dự án thành phần số thuộc dự án đường liên cảng Cái Mép – Thị Vải Nội dung đề tài Để đạt mục đích nghiên cứu đặt cần nghiên cứu nội dung sau: Nghiên cứu tổng quan đất yếu phương pháp xử lý đất yếu Nghiên cứu đặc điểm địa chất cơng trình cấu trục khu vực nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng phương pháp xử lý cọc đất xi măng Nghiên cứu sở thực nghiệm phương pháp xử lý đất yếu cọc đất xi măng dự án Thiết kế xử lý đất yếu dự án thành phần số 07 thuộc dự án đường liên cảng Cái Mép – Thị Vải Phƣơng pháp nghiên cứu Khi tiến hành nghiên cứu nội dung trên, luân văn sử dụng tổ hợp phương pháp nghiên cứu sau Phương pháp thu thập tài liệu; Phương pháp nghiên cứu địa chất; Phương pháp thực nghiệm; Phương pháp phân tích hệ thống dự báo; Phương pháp tính tốn xử lý; Tính khoa học thực tiễn đề tài Bổ sung thêm phương pháp luận gia cố xử lý đất yếu cọc đấtxi măng Kết nghiên cứu tài liệu tham khảo tốt để thiết kế xử lý cho cơng trình đường có cấu trúc tương tự Cơ sở tài liệu luận văn Luân văn hoàn thành sở tài liệu sau - Bản đồ địa chất tỷ lệ 1/50.000 tờ Đơng Hồ Chí Minh - Tài liệu khảo sát địa chất cơng trình “ Dự án thành phần số 07 cơng trình đường liên cảng Cái Mép – Thị Vải” công ty Cổ phần Tư vấn đầu tư xây dựng giao thông tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu thực - Bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật cơng trình đường liên cảng Cái Mép - Thị Vải - Các kết thí nghiệm mẫu đất gia cố xi măng phịng thí nghiệm công ty Cổ phần Tư vấn đầu tư xây dựng giao thông tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu thực - Một số giáo trình tài liệu, quy trình quy phạm liên quan đến cơng tác xử lý đất yếu cọc đất xi măng Cấu trúc luân văn Luân văn gồm phần mở đầu, chương phần kết luận, trình bày 93 trang có 28 bảng biểu 21 vẽ Luận văn hồn thành Bộ mơn Địa chất cơng trình, Trường Đại học Mỏ - Địa chất hướng dẫn khoa học PGS.TS Tạ Đức Thịnh Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Tạ Đức Thịnh, người thầy tận tâm hướng dẫn khoa học, suốt trình lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình ý kiến đóng góp q giá thầy đồng nghiệp q trình hồn thành luận văn 80  Cách bố trí khoảng cách cọc Dự kiến cách bố trí cọc theo lưới vng với khoảng cách cọc d Được xác định dựa vào tải trọng tác dụng lên đầu cọc Q sức chịu tải cọc Qgh cọc Với Hệ số Fs =Q/Qgh >2.5 bảng tính tốn sau: + mặt cắt Bảng 4.2 Xác định khoảng cách cọc tối ưu cho mặt cắt S(m) 1.2 1.4 1.6 1.8 ac (m) 0.349 0.256 0.196 0.155 Esoil (KN/m2) 980 980 980 980 Ecol (KN/m2) 35000 35000 35000 35000 Q ghcoc 624.01 624.01 624.01 624.01 Q coc 405.60 405.60 405.60 405.60 FS 4.64 3.50 2.77 2.26 Ta chọn khoảng cách cọc 1.6m + mặt cắt Bảng 4.3 Xác định khoảng cách cọc tối ưu cho mặt cắt S(m) 1.3 1.5 1.7 1.9 ac (m) 0.297 0.223 0.174 0.139 Esoil (KN/m2) 980 980 980 980 Ecol (KN/m2) 35000 35000 35000 35000 Q ghcoc 684.02 684.02 684.02 684.02 Q coc 444.62 444.62 444.62 444.62 FS 4.27 3.30 2.66 2.20 Ta chọn khoảng cách cọc cho mặt cắt 1.7m 81 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí cọc đất xi măng đoạn xử lý Hình 4.2 Sơ đồ bố trí cọc đất xi măng đoạn xử lý 5.1.2 Tính tốn kiểm tra 5.1.2.1 Sức chịu tải cọc đất gia cố xi măng, hỗn hợp Kết tính tốn kiểm tra sức chịu tải cọc đơn  Kiểm tra theo vật liệu cọc 82 Bảng 4.4 Kiểm tra sức chịu tải cọc đất – xi măng Tham số Đoạn Đoạn Chiều cao đắp (m) 2.5 2.59 Hoạt tải 13.84 13.84 γđđ 20 20 qtt (KN/m2) 63.84 65.64 Su (KN/m2) 17 17 Cucol (KN/m2) 175 175 Lc 13 D 0.8 0.8 S(m) 1.6 1.7 Af (m) Ac (m) ac (m) Esoil (KN/m2) Ecol (KN/m2) Esoil/Ecol (1-ac)Esoil/Ecol ac+(1-ac)Esoil/Ecol Q (KN/m2) γ đn ϭP ϭN Q ghcoc Q coc FS 2.56 0.503 0.196 980 35000 0.028 0.0225 0.2189 146.63 7.60 124.64 209.64 624.01 405.60 2.77 2.89 0.503 0.174 980 35000 0.028 0.0231 0.1971 167.43 7.60 164.44 249.44 684.02 444.62 2.66 83 Bảng 4.5 Kiểm tra cường độ cọc đất xi măng sau: Đoạn 2.5 13.84 20 63.84 17 175 0.8 1.6 2.56 0.503 0.196 980 35000 0.028 0.0225 0.2189 146.63 124.64 209.64 624.01 405.60 291.70 Đoạn 2.59 13.84 20 65.64 17 175 13 0.8 1.7 2.89 0.503 0.174 980 35000 0.028 0.0231 0.1971 167.43 164.44 249.44 684.02 444.62 333.10 Ϭ’vo (KN/m ) 7.60 37.50 7.60 37.50 ϭ’v(KN/m2) Ϭ’ h (KN/m2) ϭ utl (KN/m2) 50 62.5 537.5 51.8 63.4 540.2 FS 1.84 1.62 Tham số Chiều cao đắp (m) Hoạt tải γđđ qtt (KN/m2) Su (KN/m2) Cucol (KN/m2) Lc D S(m) Af (m) Ac (m) ac (m) Esoil (KN/m2) Ecol (KN/m2) Esoil/Ecol (1-ac)Esoil/Ecol ac+(1-ac)Esoil/Ecol Q (KN) ϭ P (KN/m2) ϭ N (KN/m2) Q ghcoc Q coc ϭ ttv (KN/m2) γ đn 84 Bảng 4.6 Kiểm tra theo điều kiện đất Tham số Su (KN/m2) Lc (m) D (m) Q (KN) Qcol (KN) đoạn 17.0 8.00 0.80 146.63 418.71 Đoạn 17.0 13.00 0.80 167.43 632.34 FS 2.86 3.78  Kiểm tra sức chịu tải nhóm cọc Bảng 4.7 Kiểm tra theo sức chịu tải nhóm cọc Tham số Su (kN/cm2) Lc (m) B (m) L (m) Qgrounp (kN) Pht (kN) γđ hđ Pgl Pgroup (kN) FS Đoạn Đoạn 17.00 26.9 26.9 125367 13.84 20 2.5 50 46204 2.71  Tính tốn biến dạng cơng trình - Độ lún tổng cộng cơng trình Độ lún tổng cơng trình xác định S=h1+h2 Trong h1 độ lún thân khối gia cố 17.00 13 26.8 26.8 133499.34 13.84 20 2.59 51.8 47113 2.83 85 h2 độ lún đất đáy khối gia cố tính theo phương pháp cộng lún lớp Kết tính tốn cho hai mặt cắt sau: Bảng 4.8 Độ lún tổng cơng trình sau gia cố Độ lún Đoạn Đoạn h1 (cm) 5.0 9.0 h2 (cm) 21 11.7 Tổng độ lún (cm) 26.0 20.7 Qua kết ta thấy độ lún cuối cơng trình thỏa mãn độ lún cho phép Sgh