Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền và thiết kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến từ km42 + 600 km52 + 000 thuộc dự án nâng cấp quốc lộ 39

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN XUÂN DƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN TUYẾN TỪ KM42+600 - KM52+000 THUỘC DỰ ÁN NÂNG CẤP QUỐC LỘ 39 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN XUÂN DƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN TUYẾN TỪ KM42+600 - KM52+000 THUỘC DỰ ÁN NÂNG CẤP QUỐC LỘ 39 Ngành: Kỹ thuật địa chất Mã số: 60520501 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS TÔ XUÂN VU HÀ NỘI – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu kết trình bày luận văn thật, có nguồn gốc rõ ràng, chƣa đƣợc cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Trần Xuân Dƣơng MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cơ sở tài liệu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái nệm đất yếu, cấu trúc đất yếu 1.2 Các nghiên cứu đất yếu xử lý đất yếu 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Ở Việt Nam 1.3 Một số cố điển hình xây dựng đƣờng đất yếu Việt Nam 10 1.3.1 Mất ổn định lún 10 1.3.2 Mất ổn định trƣợt 12 CHƢƠNG II ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC THÁI BÌNH VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH ĐOẠN TUYẾN NGHIÊN CỨU 15 2.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực Thái Bình 15 2.1.1 Vị trí địa lý 15 2.1.2 Địa hình, địa mạo 15 2.1.3 Khí hậu 16 2.1.4 Thủy văn 16 2.1.5 Địa chất Đệ Tứ 20 2.1.6 Địa chất thủy văn 23 2.2 Điều kiện ĐCCT đoạn tuyến từ Km42+600 đến Km52+000 thuộc QL39 26 2.2.1 Địa hình - địa mạo 26 2.2.2 Địa tầng tính chất lý 26 2.2.3 Nƣớc dƣới đất 31 CHƢƠNG III PHÂN CHIA CẤU TRÚC NỀN ĐOẠN TUYẾN NGHIÊN CỨU 32 3.1 Cơ sở phân chia cấu trúc đất 32 3.2 Phân chia cấu trúc đoạn tuyến từ km42+600 đến km52+000 thuộc QL39 34 3.2.1 Kiểu cấu trúc I 34 3.2.1.1 Phụ kiểu cấu trúc IA 34 3.2.1.2 Phụ kiểu cấu trúc IB 35 3.2.2 Kiểu cấu trúc II 35 3.3 Đánh giá ổn định kiểu cấu trúc 36 3.3.1 Đặc điểm thông số kỹ thuật đoạn tuyến đƣờng 36 3.3.2 Lựa chọn mặt cắt tính tốn 37 3.3.3 Ổn định đƣờng đắp đất yếu 38 3.3.4 Ổn định biến dạng 43 3.4 Nhận xét 54 CHƢƠNG IV LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN KM42+600 ĐẾN KM52+000 THUỘC QUỐC LỘ 39 56 4.1 Một số giải pháp xử lý đất yếu thƣờng sử dụng cho xây dựng đƣờng Việt Nam 56 4.2 Luận chứng chọn giải pháp xử lý đất yếu 64 4.3 Thiết kế xử lý đất yếu 65 4.3.1 Thiết kế xử lý đƣờng phụ kiểu cấu trúc IA bấc thấm 65 4.3.2 Thiết kế xử lý đƣờng phụ kiểu cấu trúc IB cọc cát 81 4.3.3 Yêu cầu kỹ thuật 91 4.3.3.1.Vật liệu 91 4.3.3.2.Quan trắc địa kỹ thuật 93 4.3.3.3 Thi công 98 KẾT LUẬN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải thích ĐCCT Địa chất cơng trình CPTU Thí nghiệm xun có tính đo áp lực nƣớc lỗ rỗng SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn a1-2 cm2/kG Hệ số nén lún đất với khoảng áp lực nén 1-2kG/cm2 z kG/cm2 Áp lực tiền cố kết Eo kG/cm2 Mô đun tổng biến dạng s g/cm3 Khối lƣợng riêng đất c g/cm3 Khối lƣợng thể tích khơ đất w g/cm3 Khối lƣợng thể tích tự nhiên đất e Hệ số rỗng Độ lỗ rỗng n % Cu kG/cm2 u Độ C kG/cm2  Độ Góc nội ma sát W % Độ ẩm tự nhiên WL % Độ ẩm giới hạn chảy WP % Độ ẩm giới hạn dẻo Ip % Chỉ số dẻo Lực dính kết khơng nƣớc Góc nội ma sát khơng nƣóc Lực dính Độ sệt B Cv cm2/s Hệ số cố kết theo phƣơng đứng Ch cm2/s Hệ số cố kết theo phƣơng ngang Cc Chỉ số nén Cr Chỉ số nở U % Độ cố kết c % Hàm lƣợng vật chất hữu DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Tổng hợp tiêu lý lớp 27 Bảng 3.2 Tổng hợp tiêu lý lớp 28 Bảng 3.3 Tổng hợp tiêu lý lớp 29 Bảng 3.4 Tổng hợp tiêu lý lớp 30 Bảng 3.5 Ứng suất phụ thêm, ứng suất thân dƣới tim đƣờng phụ kiểu IA 45 Bảng 3.6 Kết tính lún cố kết tim đƣờng phụ kiểu IA 46 Bảng 3.7 Ứng suất phụ thêm, ứng suất thân dƣới tim đƣờng phụ kiểu IB 48 Bảng 3.8 Kết tính lún cố kết tim đƣờng phụ kiểu IB 49 Bảng 3.9 Ứng suất phụ thêm, ứng suất thân dƣới tim đƣờng kiểu II .51 Bảng 3.10 Kết tính lún cố kết tim đƣờng kiểu II 52 Bảng 4.1 Độ cố kết Uv theo nhân tố thời gian Tv 67 Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật loại bấc thấm Mebradrain 73 Bảng 4.3 Các tính chất học bấc thấm Mebradrain 73 Bảng 4.4 Số lƣợng bấc thấm 75 Bảng 4.5 Các giá trị hệ số an toàn F với chiều cao đắp Hđ1 =2,25m …….……… 76 Bảng 4.6 Các giá trị hệ số an toàn F với chiều cao đất đắp Hđ2= 2,78m 77 Bảng 4.7 Chiều cao đất đắp cho giai đoạn 78 Bảng 4.8 Thời gian chờ cố kết giai đoạn 81 Bảng 4.9 Tổng hợp q trình thi cơng đắp theo giai đoạn phụ kiểu IA 81 Bảng 4.10 Góc ma sát tỷ lệ phân chia ứng suất theo tỷ lệ thay 84 Bảng 4.11 Ứng suất phụ thêm, ứng suất thân dƣới tim đƣờng phụ kiểu IB sau gia cố 89 Bảng 4.12 Kết tính lún cố kết tim đƣờng phụ kiểu IB sau gia cố 90 Bảng 4.13 Tổng hợp vị trí trắc ngang quan trắc .97 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 3.1 Phụ kiểu cấu trúc IA 34 Hình 3.2 Phụ kiểu cấu trúc IB 35 Hình 3.3 Kiểu cấu trúc II 35 Hình 3.4 Mặt cắt tính tốn phụ kiểu cấu trúc IA 37 Hình 3.5 Mặt cắt tính tốn phụ kiểu cấu trúc IB 38 Hình 3.6 Mặt cắt tính tốn kiểu cấu trúc II 38 Hình 3.7 Sơ đồ tính tốn theo phƣơng pháp phân mảnh Bishop 41 Hình 3.8 Kết kiểm toán trƣợt mặt cắt ngang phụ kiểu cấu trúc IA 42 Hình 3.9 Kết kiểm toán trƣợt mặt cắt ngang phụ kiểu cấu trúc IB 42 Hình 3.10 Kết kiểm tốn trƣợt mặt cắt ngang kiểu cấu trúc II…… 43 Hình 4.1 Quy trình thi cơng cọc cát 57 Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo giếng cát 60 Hình 4.3 Hiện trƣờng thi công bấc thấm 60 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp cố kết hút chân không 62 Hình 4.5 Sơ đồ bố trí xử lý đất yếu bấc thấm 65 Hình 4.6 Sơ đồ bố trí mạng lƣới bấc thấm 66 Hình 4.7 Sơ đồ biểu thị tăng lên sức chống cắt đất 70 Hình 4.8 Sơ đồ bố trí bấc thấm mạng hình vng 72 Hình 4.9 Biểu đồ đắp theo giai đoạn phụ kiểu cấu trúc IA………… … 81 Hình 4.10 Sơ đồ mặt bố trí cọc cát 82 Hình 4.11 Kết kiểm toán trƣợt phụ kiểu cấu trúc IB sau gia cố…… 91 Hình 4.12 Cấu tạo bấc thấm…………………….………………………… …… 93 Hình 4.13 Cấu tạo thiết bị đo lún………… ……………… ……… …….…… 94 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thƣ̣c hiê ̣n chủ trƣơng chính s ách Đảng Chính phủ , giai đoa ̣n hiê ̣n nay, lĩnh vực xây dựng giao thông vấn đề quan trọng cấp thiết cần đƣợc quan tâm đầ u tƣ Chính vây , nhƣ̃ng tuyế n đƣờng giao thông nố i liề n các trung tâm kinh tế lớn toàn quố c nhƣ Hà Nơ ̣i , Hải Phịng, Thái Ngun , Hƣng Yên, Thái Bình đƣơ ̣c quan tâm hàng đầ u Trong đó, cơng trình nâng cấp cải tạo quốc lộ 39, đoạn Triều Dƣơng - Diêm Điền cơng trình thuộc dự án nâng cấp mạng lƣới đƣờng Việt Nam (Dự án WB4 - Tín dụng số 3843 - VN), với tổng chiều dài 57km từ nguồn vốn vay ngân hàng giới vốn đối ứng Chính phủ Việt Nam Khi hồn thiện xây dựng toàn tuyến, đoạn quốc lộ 39 dài 57 km qua địa phận Thái Bình đƣợc nâng cấp, cải tạo từ đƣờng cấp IV đồng lên cấp III đồng với bề rộng đƣờng 12m, cơng trình phụ trợ kèm theo đƣợc nâng cấp đồng Các đoạn qua thị trấn, thị tứ khu dân cƣ đƣợc xây dựng vỉa hè hai bên… điều quan trọng tuyến quốc lộ 39 đoạn Triều Dƣơng - Diêm Điền với mặt tạo hệ thống giao thông thuận tiện, thu hút nhà đầu tƣ nƣớc đến với Thái Bình, đặc biệt huyện phía Bắc tỉnh; góp phần quan trọng thúc đẩy mạnh mẽ giao lƣu phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Thái Bình với tỉnh khu vực nƣớc Việc đầu tƣ nâng cấp cải tạo tuyế n đƣờng đòi hỏi thực tế có ý nghĩa quan tro ̣ng nhƣ vâ ̣y , song mô ̣t nhƣ̃ng vấ n đề đă ̣c biê ̣t gặp phải trình thi cơng xử lý nề n đấ t ́ u Bởi nơi tuyến đƣờng qua phổ biến loại đất yếu, biến đổi liên tục với bề dày tƣơng đối lớn Do đó, cơng tác xây dựng gặp nhiều khó khăn, việc nghiên cứu cấu trúc đất yếu lựa chọn giải pháp xử lý đất tuyến đƣờng cần thiết Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc thiết kế xử lý đất yếu đoạn tuyến từ Km42+600 Km52+000 thuộc dự án nâng cấp quốc lộ 39” mang tính cấp thiết có ý nghĩa lớn khoa học thực tiễn 2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: yếu tố cấu trúc đất giải pháp xử lý đất yếu - Phạm vi nghiên cứu: đất thiên nhiên phạm vi ảnh hƣởng tuyến đƣờng từ Km42+600 đến Km52+000 thuộc dự án nâng cấp quốc lộ 39 Mục tiêu đề tài Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc đất yếu đoa ̣n tuyế n từ Km42+600 đến Km52+000 thuộc dự án nâng cấp quốc lộ 39, từ đề xuất thiết kế giải pháp xử lý thích hợp Nội dung nghiên cứu Để thực đƣợc mục tiêu, nhiệm vụ đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu luận văn bao gồm: - Tổng quan vấn đề nghiên cứu (đất yếu, đất yếu, giải pháp xử lý đất yếu xây dựng đƣờng giới khu vực nghiên cứu ); - Điều kiện tự nhiên khu vực tuyến đƣờng (vị trí địa lý, địa hình, địa mạo, khí hậu, thủy văn, đặc điểm địa chất - địa chất thủy văn) - Điều kiện địa chất công trình đoạn tuyến nghiên cứu - Phân chia cấu trúc đất yếu phục vụ thiết kế xử lý đất yếu; - Đánh giá ổn định kiểu cấu trúc đất đoạn tuyến nghiên cứu - Luận chứng thiết kế xử lý đất yếu đoạn tuyến nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Để đạt đƣợc mục đích nội dung nghiên cứu đặt ra, phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng bao gồm: - Phƣơng pháp hệ thống hóa, phân tích tổng hợp tài liệu; - Phƣơng pháp phân tích hệ thống: xem xét đối tƣợng thể thống nhất, đánh giá hiệu sử dụng phƣơng pháp thí nghiệm khác nhau; - Phƣơng pháp địa chất; - Phƣơng pháp tính toán: sử dụng để kiểm toán vấn đề ĐCCT thiết kế xử lý đất yếu; Phụ lục số mặt cắt địa chất công trình phân chia cấu trúc đất yếu đoạn từ KM42+600 đến KM47+787 công trình: đ-ờng quốc lộ 39 tû lƯ ®øng:1/200; tû lƯ ngang:1/5000 Hung Ha Trieu Duong phơ kiĨu ia E 1.02 1.30 1.00 E E E E 0.8 0.82 0.66 0.75 E 0.50 0.33 1 -3.00 E E E 0.85 E 0.64 1.20 E E 1.20 0.73 1.250 HK4 -14.72 16.90 -7.40 9.80 -12.60 15.00 HK6 706 Đất đắp: sét pha, cát pha màu nâu lẫn gạch đỏ Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo cứng Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy Cát hạt nhỏ kẹp sét màu xám đen, trạng thái chặt vừa BH34 640 4.00 3.00 1.00 E E E 0.60 1.50 -3.10 5.20 1.00 E Cao độ Độ sâu 0.250 15.00 1.30 E 1.80 0.72 1.00 -3.78 5.50 E 0.27 1.20 E -4.00 -4.70 -5.00 -6.00 -5.20 0.51 1.20 0.53 1.40 -3.67 5.60 -10.0 -13.07 15.00 2 7.00 7.00 -5.48 -5.50 -6.33 8.20 -13.13 15.00 6.20 11.20 2 7.80 10.74 -8.44 -9.10 -6.33 -8.00 -9.00 E E E 1.70 2 7.50 -7.00 E E 0.17 -4.49 7.00 -10.00 1.00 1.50 E 0.02 1 -3.00 Hung Ha kiÓu ii 1 -2.00 -11.00 Mẫu không nguyên dạng E E 0.50 0.00 -1.00 12.30 4 4 -12.00 Mô tả địa tầng: 15.00 -15.45 1.520 337.745 671.36 374.895 E Đất đắp: sét pha, cát pha màu nâu lẫn gạch đỏ Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo cứng Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy Cát hạt nhỏ kẹp sét màu xám đen, trạng thái chặt vừa BH39 HK14 701 Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm 51 + 853.000 356 16.95 HK13 51 + 152.000 312 -15.24 16.95 HK12 BH38 1.470 HK11 1.720 2.300 BH37 49 + 362.000 lý tr×nh (km) 558 48 + 492.000 48 + 345.000 147 49 + 050.000 khoảng cách ( m ) HK10 2.400 2.100 cao độ lỗ khoan ( m ) BH36 16.95 50 + 480.640 -15.23 HK9 -13.48 15.00 16.95 49 + 768.000 -14.65 -15.00 1.710 -13.53 -14.00 tên lỗ khoan 1.870 1.930 15.00 1.500 -12.70 15.00 50+105.745 -12.90 -13.00 9.40 -7.38 9.60 -14.65 16.95 -12.78 15.00 Ghi hố khoan: Mẫu nguyên dạng Mẫu không nguyên dạng Cao độ Độ sâu 0.250 15.00 HK8 697 Ghi chó hè khoan: phơ kiĨu ib phơ kiĨu ia Cao độ thiết kế +3.0m 2.00 -7.10 BH35 215 mặt cắt địa chất công trình phân chia cấu trúc đất yếu đoạn từ KM47+905 đến KM52+000 công trình: ®-êng quèc lé 39 tû lÖ ®øng:1/200; tû lÖ ngang:1/5000 Trieu Duong 5.60 HK7 495 Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm 4 15.00 Mẫu nguyên d¹ng H(m) -3.38 15.50 HK5 551.15 44 + 095.500 43 + 430.000 -13.66 16.95 E Phô lôc sè -12.95 15.00 BH33 163.35 665.5 42 + 790.000 Mô tả địa tầng: 15.00 -15.12 640 lý trình (km) -13.29 HK3 1.290 1.020 khoảng cách ( m ) 10.00 4 16.21 HK2 BH32 2.320 2.250 cao độ lỗ khoan ( m ) -7.77 4 15.00 -14.73 HK1 2.400 16.95 BH31 9.20 6.40 46 + 935.000 -12.76 -13.75 tên lỗ khoan -7.15 3 46 + 720.000 15.00 -14.00 -14.70 7.10 2.230 -12.68 E 1.20 4 4 1.02 -7.78 4 -11.00 -13.00 -5.05 2.050 -10.00 E 1.20 9.26 -8.36 1.10 -3.50 5.80 -4.00 7.30 -5.46 -6.89 8.60 10.50 9.70 -9.25 11.50 E 5.80 -3.96 3 8.48 -6.65 1.710 -7.38 5.70 3 -6.55 7.80 44 + 810.000 -3.99 -4.45 5.70 2 E 1.30 -1.27 3.50 1.10 1.50 1 5.14 -3.70 7.40 7.90 -9.00 -15.00 0.71 1.30 -2.09 3.92 1.880 -5.08 -5.65 -8.00 -12.00 0.41 1 44 + 258.850 -5.00 -7.00 4.80 -3.70 -4.00 -6.00 E E E 1.50 1 2.220 1.25 0.00 -1.00 -2.00 phơ kiĨu ia 47 + 632.000 E E 1.00 phị kiểu ib 2.300 Cao độ thiết kế +3.0m 46 + 225.000 3.00 2.00 1.840 4.00 45 + 516.000 H(m) Nam 2015 Phơ lơc (tê sè 1/2) s¬ ®å thiÕt kÕ xư lý nỊn ®Êt u b»ng bÊc thÊm Phơ kiĨu IA A 1,5m A' BÊc thÊm 1:2 Thiết bị đo áp lực n-ớc lỗ rỗng Mốc quan trắc lún 2 Chiều cao phßng lón A' A Cọc đo chuyển vị ngang Đệm cát thoát n-ớc, chiều dày 0,8m Vải địa kỹ thuật ngăn cách (12kN/m) Vải địa kỹ thuật gia c-ờng (200kN/m) Lớp cát phủ đầu bấc thấm Nam 2015 Phụ lục (tờ số 2/2) sơ đồ thiết kế xử lý đất yếu cọc cát Phụ kiểu IB B 0.858m GHI CH: Cọc cát Mốc quan trắc lún B' Cọc đo chuyển vị ngang 2 Đệm cát , chiều dày 0,8m Chiều cao phßng lón B' 1:2 B Vải địa kỹ thuật ngăn cách (12kN/m) Vải ®Þa kü thuËt gia c-êng (200kN/m) ... giải pháp xử lý đất tuyến đƣờng cần thiết Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc thiết kế xử lý đất yếu đoạn tuyến từ Km4 2+ 600 Km5 2+0 00 thuộc dự án nâng cấp quốc lộ 39? ?? mang tính cấp thiết. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN XUÂN DƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN TUYẾN TỪ KM4 2+ 600 - KM5 2+0 00 THUỘC DỰ ÁN NÂNG CẤP QUỐC LỘ 39 Ngành:... án nâng cấp quốc lộ 39 Mục tiêu đề tài Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc đất yếu đoa ̣n tuyế n từ Km4 2+ 600 đến Km5 2+0 00 thuộc dự án nâng cấp quốc lộ 39, từ đề xuất thiết kế giải pháp xử lý thích hợp