Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu đê biển nam đình vũ hải phòng

LỜI CẢM ƠN Với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè gia đình giúp tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Minh Thụ, người hướng dẫn trực tiếp vạch định hướng khoa học cho luận văn Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến GS Nguyễn Công Mẫn người giúp đỡ tác giả q trình tính tốn sử dụng phần mềm Plaxis tạo điều kiện cho tác giả sử dụng khóa quyền Plaxis 3D Xin cảm ơn Nhà trường, thầy cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Bộ môn Đê điều bảo vệ bờ Trung tâm Cơng trình đồng ven biển & Đê điều – Viện Thủy công - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trình học tập hoàn thiện luận văn Xin cảm ơn lãnh đạo Ban quản lý dự án đầu tư hạ tầng khu kinh tế Hải Phòng – Ban quản lý khu kinh tế Hải Phòng Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, em gia đình, vợ gái động viên, tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành trình học tập viết luận văn Hà Nội, ngày tháng Tác giả Lê Anh Đức năm 2013 BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phịng” Tơi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Học viên Lê Anh Đức MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix PHẦN MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT PHẢI XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 1.2 TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN 1.2.1 Nhóm phương pháp cải tạo phân bố ứng suất điều kiện biến dạng 1.2.2 Nhóm phương pháp làm tăng độ chặt đất 11 1.2.3 Nhóm phương pháp nhằm truyền tải trọng cơng trình xuống lớp đất chịu lực tốt 15 1.2.4 Nhóm phương pháp dùng đất có cốt 17 1.2.5 Nhóm phương pháp xử lý hóa lý 18 1.2.6 Nhóm phương pháp dùng thiết bị nước thẳng đứng 20 1.2.7 Các yêu cầu thiết kế địa kỹ thuật 23 1.3 TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 23 1.3.1 Tổng quan dự án đê biển Nam Đình Vũ 23 1.3.2 Điều kiện địa chất cơng trình 25 1.3.3 Các phương án kết cấu đề xuất áp dụng 26 1.4 SỰ CẦN THIẾT PHẢI ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO CÁC PA KẾT CẤU ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 26 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 28 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 29 2.1 CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU 29 2.1.1 Đặc điểm phân loại đất yếu 29 2.1.2 Cường độ chống cắt khơng nước Su 29 2.2 QUAN HỆ ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ TIÊU CHUẨN PHÁ HOẠI 30 2.2.1 Mơ hình đàn hồi tuyến tính 30 2.2.2 Mơ hình đàn – dẻo 31 2.2.3 Một số mơ hình khác 32 2.2.4 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb 33 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỐ KẾT THẤM 34 2.4 LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 39 2.4.1 Phương pháp cân giới hạn 40 2.4.2 Phương pháp phân tích giới hạn 44 2.5 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN 47 2.5.1 Phương pháp giải tích 48 2.5.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 49 2.5.3 Giải toán cố kết thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn 49 2.5.4 Tính ứng suất biến dạng phương pháp PTHH 52 2.5.5 Tính ổn định phương pháp chiết giảm cường độ chống cắt (Shear Strength Reduction) 54 2.5.6 Lựa chọn phần mềm tính tốn 55 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 56 Chương ỨNG DỤNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 58 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH 58 3.1.1 Vị trí địa lý 58 3.1.2 Địa hình, địa mạo 58 3.1.3 Điều kiện địa chất ứng xử đất yếu vùng tuyến đê biển Nam Đình Vũ 58 3.1.4 Các phương án kết cấu đê biển lựa chọn áp dụng 64 3.1.5 Đặc điểm điều kiện làm việc đê biển Nam Đình Vũ 72 3.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ – HẢI PHỊNG 72 3.3 LỰA CHỌN MƠ HÌNH VÀ THƠNG SỐ TÍNH TỐN 73 3.3.1 Lựa chọn mơ hình đất 73 3.3.2 Chọn thơng số cho mơ hình tính 74 3.4 TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN ĐÊ ĐẤT MÁI NGHIÊNG 78 3.4.1 Lựa chọn phiên phần mềm Plaxis để tính toán 78 3.4.2 Lựa chọn mặt cắt tính tốn đê đất mái nghiêng 78 3.4.3 Các trường hợp tính tốn đê đất mái nghiêng 79 3.4.4 Trình tự thi cơng đê đất mái nghiêng 79 3.4.5 Kết tính tốn đê đất mái nghiêng – TH (không xử lý nền) 79 3.4.6 Kết tính tốn đê đất mái nghiêng – phương án chọn 84 3.4.7 Đánh giá chung kết tính tốn 88 3.5 TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN ĐÊ BÊ TƠNG 89 3.5.1 Lựa chọn phiên phần mềm Plaxis để tính tốn 89 3.5.2 Lựa chọn mặt cắt tính tốn Đê bê tơng 90 3.5.3 Các trường hợp tính tốn đê bê tơng 90 3.5.4 Kết tính tốn đê bê tông phương án chọn 92 3.6 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN CHƯƠNG 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 100 NHỮNG HẠN CHẾ TỒN TẠI 101 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 105 PHỤ LỤC : ĐÊ BÊ TÔNG PHƯƠNG ÁN CHỌN 105 Mơ hình tốn 105 Nội lực cọc qua giai đoạn đắp 106 Chuyển vị đất qua giai đoạn đắp 108 PHỤ LỤC : TÍNH TỐN ĐÊ ĐẤT - TH (KHƠNG XỬ LÝ NỀN) 110 Chuyển vị đắp tới cao trình +1,00m 110 Khi đắp tới cao trình +3,00m 111 Khi đắp tới cao trình +5,00m 112 PHỤ LỤC : TÍNH TỐN ĐÊ ĐẤT – PHƯƠNG ÁN CHỌN 113 Chuyển vị đắp tới cao trình +1,00m 113 Khi đắp tới cao trình +3,00m 114 Khi đắp tới cao trình +5,00m 115 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình - 1: Vị trí vùng dự án đê biển Nam Đình Vũ Hình - 2: Lớp đệm cát có chiều dày khơng đổi Hình - 3: Lớp đệm cát dày, bên mỏng Hình - 4: Lớp đệm cát mỏng, bên dày Hình - 5: Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu đê Hình - 6: Bệ phản áp làm giảm độ dốc mái nghiêng 10 Hình - 7: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum- Hàn Quốc 10 Hình - 8: Cọc cát đất yếu 11 Hình - 9: Dây chuyền công nghệ thi công trụ đất xi măng đơn pha 13 Hình - 10: Thi công hàng cọc xi măng đất 13 Hình - 11: Cột vật liệu rời 14 Hình - 12: Đê biển New Orleans surge – Mỹ (cọc BTLT DƯL D1500) 16 Hình - 13: Móng cọc khoan nhồi 17 Hình - 14: Dùng vải địa kỹ thuật gia cố đất yếu 18 Hình - 15: Cách bố trí hệ thống giếng cát tải trọng phụ tạm thời 21 Hình - 16: Mơ hình xử dụng bấc thấm 22 Hình - 17: Trình tự thi cơng bấc thấm 22 Hình - 18: Hình ảnh vệ tinh khu vực dự án 24 Hình - 1: Quan ứng suât – biến dạng (đàn - dẻo) 32 Hình - 2: Đường bao cực hạn 33 Hình - 3: Lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb [15] 34 Hình - 4: Mơ hình thí nghiệm Sơ đồ tính tốn cố kết thấm trường hợp toán cố kết thấm chiều 35 Hình - 5: Xác định mômen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ trịn 41 Hình - 6: Xác định góc ma sát lực dính huy động 45 Hình - 7: Chuyển vị phần tử tam giác 53 Hình - 8: Quan hệ ứng suất pháp ứng suất cắt, giảm cường độ chống cắt 55 Hình - 1: Khoan khảo sát đê đắp phương pháp đắp lấn 59 Hình - 2: Cắt dọc địa chất điển hình tuyến đê từ hố khoan M76 đến M79 60 Hình - 3: Biểu đồ cường độ kháng cắt khơng nước theo chiều sâu 63 Hình - 4: Sơ đồ tuyến cơng trình 64 Hình - 5: Kết cấu điểm hình đê bê tơng 67 Hình - 6: Kết cấu điển hình đê đất mái nghiêng 71 Hình - 7: Quan hệ đường cong -logp 74 Hình - 8: Xác định Eref từ thí nghiệm trục (theo Plaxis Material Models Manual) 75 Hình - 9: Đường thí nghiệm nén trục vị trí M78 75 Hình - 10: Mơ hình tính tốn TH (khơng xử lý nền) 80 Hình - 11: Lưới phần tử phân tích TH (khơng xử lý nền) 80 Hình - 12: Điểm khảo sát chuyển vị TH (không xử lý nền) 81 Hình - 13: Chuyển vị đứng điểm khảo sát theo trình đắp (TH 1) 81 Hình - 14: Chuyển vị ngang điểm khảo sát theo trình đắp( TH 1) 81 Hình - 15: Hệ số ổn định Msf= 1,092 đắp tới +5,00m (TH 1) 83 Hình - 16: Hình dạng mặt trượt đắp đến +5.0 84 Hình - 17: Mơ hình tính tốn phương án chọn 84 Hình - 18: Lưới phần tử phân tích phương án chọn 85 Hình - 19: Điểm khảo sát chuyển vị phương án chọn 85 Hình - 20: Chuyển vị đứng điểm khảo sát theo trình đắp(PA chọn) 86 Hình - 21: Chuyển vị ngang điểm khảo sát theo trình đắp(PA chọn) 86 Hình - 22: Hình dạng mặt trượt đắp tới +5,00m 88 Hình - 23: Hệ số ổn định Msf= 1,281 đắp tới +5,00m 88 Hình - 24: Mơ hình tính toán 94 Hình - 25: Sơ đồ lưới phần tử 94 Hình - 26: Hình dạng mặt trượt 97 Hình - 27: Hệ số ổn định cơng trình đắp tới cao trình thiết kế 97 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng - 1: Một số tiêu lý lớp đất yếu phân bố mặt 25 Bảng - 1: Một số tiêu phân biệt loại đất mềm yếu [10] 29 Bảng - 1: Chỉ tiêu lý lớp đất từ lớp 1c đến lớp 3c 62 Bảng - 2: Chỉ tiêu lý lớp đất từ lớp đến lớp 7b 62 Bảng - 3: Chỉ tiêu lý lớp đất từ lớp 7c đến lớp 7g 63 Bảng - 4: Giá trị Eu=Es Theo Foundation analysis and design [16] 76 Bảng - 5: Giá trị E loại đất Theo Foundation analysis and design [16] 76 Bảng - 6: Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất hố khoan M78 78 Bảng - 7: Các thông số khai báo mơ hình 80 Bảng - 8: Kết tính toán chuyển vị theo Plaxis 83 Bảng - 9: Thông số vật liệu cừ bê tông ma sát cao 84 Bảng - 10: Thông số vật liệu lớp cát hạt trung xử lý 84 Bảng - 11: Kết tính tốn chuyển vị theo giai đoạn đắp 85 Bảng - 12: Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất hố khoan M17 90 Bảng - 13: Thông số địa chất vị trí tính tốn (HK M17) 92 Bảng - 14: Thơng số tường chắn sóng 93 Bảng - 15: Thông số cọc D50, D60, cọc D80 94 Bảng - 16: Kết chuyển vị theo giai đoạn thi công 95 Bảng - 17: Kết nội lực cọc theo giai đoạn thi công 96 PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội Hải Phòng tới năm 2020, kinh tế đối ngoại tiếp tục xác định lĩnh vực kinh tế động lực thành phố Trong hoạt động đầu tư nước ngồi có vai trị đặc biệt quan trọng, động lực thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội thành phố theo định hướng công nghiệp hoá - đại hoá Để thực mục tiêu này, biện pháp quan trọng xây dựng phát triển khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải Khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải quy hoạch bao gồm: khu Công nghiệp Nam Đình Vũ 1, khu cơng nghiệp Nam Đình Vũ khu Phi Thuế Quan Dự án đầu tư xây dựng đê biển Nam Đình Vũ thuộc khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải dự án xây dựng đê bao lấn biển dài Việt Nam Tổng chiều dài toàn tuyến đê 14.987 km Tuyến đê biển cơng trình đê có nhiệm vụ bảo vệ vùng lấn biển trực tiếp diện tích khoảng 2100 3000 vùng bờ biển phía để xây dựng khu cơng nghiệp tập trung thành phố Hải Phịng Tồn tuyến đê xây dựng chủ yến đất yếu bùn sét, màu xám, xám đen, lẫn hữu phân hủy, đôi chỗ kẹp lớp cát mỏng, trạng thái chảy Một vài đoạn ngắn xen kẹp lớp bùn sét pha (bùn cát pha), màu xám, xám đen, đôi chỗ lẫn vỏ don hến, trạng thái chảy chảy Hai lớp đất yếu có chiều sâu trung bình từ 15m đến 23 m Mặt khác tuyến đê biển Nam Đình Vũ tuyến đê lấn biển, chịu tác động sóng, bão môi trường lớn, địa chất yếu, phức tạp phương án biện pháp cơng trình phải thỏa mãn yêu cầu: (i) Kết cấu phải vững chắc, chịu tác động lớn môi trường : sóng, gió, dịng chảy, tác động bất thường mơi trường q trình thi cơng …; (ii) Nền đất yếu nên kết cấu thân đê, xử lý phải dạng kết cấu mềm giảm nhẹ tối đa trọng lượng thân; (iii) Công nghệ thi công không phức tạp, phù hợp với trình độ khả thi cơng có Việt Nam; (iv) Thời gian thi cơng nhanh tuyến đê tiền đề để dự án khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải sớm hoàn thành (v) Tận dụng nguyên, vật liệu địa phương cát, đá, xi măng v.v Vì đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý ... nghiên cứu Cơ điều kiện địa chất cơng trình cần thiết phải đề xuất giải pháp xử đất yếu cho đê biển Nam Đình Vũ Đó mục đích nghiên cứu luận văn Ngồi ra, tác giả trình bày số giải pháp xử lý đất yếu. .. TÀI Nghiên cứu ổn định đê biển đất yếu đề xuất giải pháp tăng ổn định cho đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phịng đảm bảo cơng trình an tồn kinh tế ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu đề xuất giải. .. chủ yếu vào mục tiêu đến năm 2020, kinh tế biển chiếm 50  55% 5 Hình - 1: Vị trí vùng dự án đê biển Nam Đình Vũ 1.2 TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN Bất kỳ biện pháp xử lý