Nghiên cứu cọc đất trộn xi măng kết hợp phụ gia để xử lý đất xét chứa vôi vùng hố nai tỉnh đồng nai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGÔ PHI MINH NGHIÊN CỨU CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG KẾT HỢP PHỤ GIA ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT SÉT CHỨA VÔI VÙNG HỐ NAI - TỈNH ĐỒNG NAI Chuyên ngành Mã số ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG : 31.10.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS VÕ PHÁN (Đã ký) Cán chấm nhận xét : TS Trà Thanh Phương (Đã ký) Cán chấm nhận xét : TS Lê Trọng Nghĩa (Đã ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN V ĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 29 tháng năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGƠ PHI MINH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/6/1977 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng MSHV: 03506698 Khóa: 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu cọc đất trộn xi măng kết hợp phụ gia để xử lý đất sét chứa vôi vùng Hố Nai - tỉnh Đồng Nai” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ thực hiệ n nội dung bao gồm chương phần sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan tính chất đất sét chứa vơi v ùng Hố Nai ảnh hưởng đến cơng trình xây dựng Chương 2: Tổng quan phương pháp gia cố cọc đất trộn xi măng Chương 3: Thí nghiệm xác định tính chất c học cọc đất trộn xi măng kết hợp phụ gia để xử lý đất sét chứa vơi Chương 4: Tính tốn ứng dụng cho cơng trình thực tế Kết luận kiến nghị 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/7/2007 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16/6/2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS VÕ PHÁN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS VÕ PHÁN TS VÕ PHÁN LỜI CẢM ƠN  Trải qua thời gian dài học tập nghiên cứu, với dẫn tận tình Thầy Cơ, đến tơi hồn thành luận văn cao học chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài “Nghiên cứu cọc đất trộn xi măng kết hợp phụ gia để xử lý đất sét chứa vôi vùng Hố Nai - tỉnh Đồng Nai” Tôi thật thấy trưởng thành kiến thức khoa học, đặc biệt lĩnh vực chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng Để có kiến thức q báu tr ên nhờ vào công lao to lớn mà Giáo sư khoa học Thầy Cô ban giảng huấ n lớp cao học Địa kỹ thuật xây dựng - trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh truyền đạt lại cho tơi, kiến thức thiếu để hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn tất Giáo sư khoa học Thầy Cô mơn Địa móng, Thầy Cơ phịng Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đ ã dành nhiều tâm huyết truyền đạt kiến thức cho qua giảng, giáo trình, cho tơi biết kiến thức q báu tiếp xúc với cơng trình thực tế, tạo điều kiện thuận lợi để ho àn tất khóa học Tơi xin chân thành cảm ơn thầy TS Võ Phán hướng dẫn tận tình suốt thời gian tơi thực luận văn Thầy đ ã hướng dẫn từ bước ban đầu để hình thành đề tài đến nội dung yếu đề t ài mà thực Ngồi ra, Thầy cịn cung cấp tài liệu chun ngành liên quan góp phần phong phú thêm cho đề tài Một lần nữa, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tất mà Thầy dành cho suốt thời gian học cao học, đặc biệt l luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhân viên Trung tâm Ứng dụng Tiến Khoa học Công nghệ - Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Đồng Nai tạo điều kiện cho học tập thực luận văn Cuối xin cảm ơn sâu nặng đến ba mẹ tôi, anh chị tôi, đặc biệt l người bạn đồng hành thông cảm, chia sẻ động viên giúp đỡ tơi suốt q tr ình học tập thực luận văn Một lần xin tỏ lịng tri ân tơi đến tất người Biên Hòa, ngày 16 tháng năm 2008 Ngơ Phi Minh TĨM TẮT Tên đề tài: “Nghiên cứu cọc đất trộn xi măng kết hợp phụ gia để xử lý đất sét chứa vôi vùng Hố Nai - tỉnh Đồng Nai” Để tìm nguyên nhân gây lún n ứt cơng trình xây dựng xảy vùng Hố Nai - tỉnh Đồng Nai, tác giả tiến hành khảo sát thí nghiệm phịng xác định tính chất đất ảnh hưởng đến cơng trình Trên sở lý thuyết khoa học, áp dụng ph ương pháp gia cố sâu cọc đất trộn xi măng để xử lý đất sét chứa vôi nhằm cải tạo tính chất đất Để xác định tiêu học đất sau xử lý, tác giả tiến h ành thí nghiệm nén trục khơng hạn chế nở hơng mẫu trộn có th ành phần hàm lượng chất kết dính hàm lượng nước khác Cơng tr ình sử dụng móng đơn đặt xử lý cọc đất trộn xi măng ứng dụng vào công trình thực tế đề tài Tính tốn thiết kế thực sở kết thí nghiệm mẫu đất tr ước sau xử lý Kết tính tốn kiểm tốn cho thấy, việc xử lý cọc đất trộn xi măng l cần thiết nhằm đảm bảo điều kiện lún v ổn định lâu dài cho cơng trình ABSTRACT Studies on cement-admixtured soil columns in combination with additives for treatment of Ca- bearing clay in Ho Nai commune, Dong Nai Province To find out the causes resulting in land subsidence of many construction works operated in the Ho Nai commune, Dong Nai province the author had conducted numerous indoor experiments and filed investigation to define geological properties of materials which adversely impacted on the works quality Based on the scientific theory, application of deep consolidation/ compaction method was done with using cement soil columns for treatment of calcareous bearing clay to qualitatively improve soils Unconfined compression was tested for determination of t he soil mechanic characteristics (composition, content of different accompanying agents) and water as well Construction operation using single footing on soil basement treated with cement admixtured columns were actually applied to construction works Cal culation can be done reliably according to the test results of soil treated and untreated Studied result through testing work indicated that treatment solution on Ca-bearing clay by using cement -admixtured soil columns with additives is essentially applied to construction works to ensure the them in safe and stable conditions MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn Tóm tắt Mục lục MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài II.1 Mục đích II.2 Nhiệm vụ III Phương pháp nghiên c ứu đề tài IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài V Nội dung nghiên cứu giới hạn đề tài V.1 Nội dung nghiên cứu V.2 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT ĐẤT SÉT CHỨA VƠI V ÙNG HỐ NAI ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 1.1 Sơ lược đặc điểm kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu 1.2 Đặc điểm địa chất địa chất thủy văn vùng nghiên cứu 1.2.1 Địa tầng 1.2.2 Cấu trúc địa chất công trình 1.2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 11 1.3 Nghiên cứu thành phần vật chất đất 13 1.3.1 Thành phần hạt 13 1.3.2 Thành phần khoáng vật hóa học 13 1.4 Các tính chất hóa lý đất ảnh hưởng lên cơng trình xây dựng 14 1.4.1 Tính chất lún ướt đất 14 1.4.2 Tính chất trương nở đất 16 1.4.3 Tính chất tan rã đất 18 1.5 Tính chất vật lý đất 18 1.6 Nghiên cứu tính chất học đất 20 i 1.6.1 Xác định hệ số nén a mơ đun biến dạng E o qua thí nghiệm nén cố kết 20 1.6.2 Xác định lực dính C cu góc ma sát cu qua thí nghiệm nén trục CU 29 1.6.3 Tổng hợp kết nghiên cứu tính chất học đất 36 1.7 Nhận xét kết luận 37 1.7.1 Nhận xét 37 1.7.2 Kết luận 38 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG 2.1 Lịch sử phát triển kết bật 39 2.1.1 Lịch sử phát triển giới 39 2.1.2 Kết bật giới 44 2.1.3 Lịch sử phát triển Việt Nam 45 2.1.4 Kết bật Việt Nam 46 2.2 Các ứng dụng phương pháp cọc đất trộn xi măng 47 2.3 Bản chất hình thành cường độ đất sét chứa vôi gia cố xi măng 49 2.3.1 Quá trình kết tinh 50 2.3.2 Quá trình trao đổi ion 50 2.3.3 Quá trình keo tụ 52 2.3.4 Quá trình nén chặt học 52 2.4 Đánh giá sức kháng cắt cọc 53 2.5 Các phương pháp thí nghi ệm cọc đất trộn xi măng 62 2.5.1 Ngun tắc thí nghiệm 62 2.5.2 Thí nghiệm phịng 62 2.5.3 Thí nghiệm trường 63 2.5.4 Tương quan cường độ phòng trường 64 2.6 Phương pháp tính tốn thi ết kế cọc đất trộn xi măng 65 2.6.1 Nguyên lý thiết kế cọc đất trộn xi măng 65 2.6.2 Mơ hình bố trí cọc đất trộn xi măng 67 2.7 Thi công cọc đất trộn xi măng 69 2.7.1 Nguyên lý tạo cọc đất trộn xi măng 69 2.7.2 Công nghệ thi công 69 2.7.2.1 Công nghệ trộn khô 69 ii 2.7.2.2 Công nghệ trộn ướt 71 2.8 Một số kết nghiên cứu thí nghiệm tính chất c học cọc đất trộn xi măng 73 2.9 Nhận xét 75 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT C Ơ HỌC CỦA CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG KẾT HỢP PHỤ GIA ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT SÉT CHỨA VÔI 3.1 Lựa chọn thành phần chất kết dính để xử lý đất sét chứa vơi 76 3.2 Phương pháp thí nghi ệm 77 3.3 Đối tượng mục đích thí nghiệm 77 3.4 Phạm vi nghiên cứu 78 3.5 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 78 3.6 Lựa chọn vật liệu 79 3.6.1 Vật liệu đất thí nghiệm 79 3.6.2 Vật liệu xi măng thí nghiệm 80 3.6.3 Thành phần nước thí nghiệm 80 3.7 Đúc mẫu thử bảo dưỡng mẫu 80 3.7.1 Chuẩn bị dụng cụ vật liệu thí nghiệm 80 3.7.2 Đúc mẫu bảo dưỡng mẫu 80 3.8 Thí nghiệm xác định tiêu học đất trộn xi măng 86 3.8.1 Khái quát phương pháp thí nghiệm 86 3.8.2 Trình tự thí nghiệm nén mẫu đất trộn xi măng 87 3.8.3 Tính tốn kết thí nghiệm 89 3.8.4 Khảo sát tiêu học mẫu đất trộn xi măng 92 3.9 Nhận xét kết luận 103 3.9.1 Nhận xét 103 3.9.2 Kết luận 104 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ỨNG DỤNG CHO CƠNG TR ÌNH THỰC TẾ 4.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 106 4.2 Số liệu địa kỹ thuật kết cấu móng cơng trình 107 4.3 Mơ hình bố trí cọc thơng số khối gia cố 109 4.4 Kiểm tốn đánh giá cho cơng tr ình 112 4.4.1 Kiểm toán sức chịu tải thân cọc đất trộn xi măng 4.4.1.1 Kiểm toán sức chịu tải cọc đ ơn 112 112 iii 4.4.1.2 Kiểm tốn sức chịu tải nhóm cọc 4.4.2 Kiểm tốn độ lún phương pháp cộng lún lớp 115 117 4.4.2.1 Trường hợp đất chưa xử lý 117 4.4.2.2 Trường hợp xử lý cọc đất trộn xi măng 126 4.4.3 Ứng dụng phần mềm Plaxis để nghi ên cứu ứng xử cơng trình 132 4.4.3.1 Khái niệm chung phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 132 4.4.3.2 Các thông số đầu vào cho mơ hình tốn 133 4.4.3.3 Kết phân tích lún phần mềm Plaxis 136 4.4.3.4 Kết phân tích ổn định cơng tr ình phần mềm Plaxis 137 4.5 Tổng hợp kết kiểm toán 139 4.6 Nhận xét kết luận 140 4.6.1 Nhận xét 140 4.6.2 Kết luận 140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận 141 II Kiến nghị 142 Tài liệu tham khảo 143 Tóm tắt lý lịch học viên Phần phụ lục iv ... kế cọc đất trộn xi măng 65 2.6.1 Nguyên lý thiết kế cọc đất trộn xi măng 65 2.6.2 Mơ hình bố trí cọc đất trộn xi măng 67 2.7 Thi công cọc đất trộn xi măng 69 2.7.1 Nguyên lý tạo cọc đất trộn xi. .. trương nở co ngót đất yêu cầu cần thiết xây dựng cơng tr ình bên Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu cọc đất trộn xi măng kết hợp phụ gia để xử lý đất sét chứa vôi vùng Hố Nai - tỉnh Đồng Nai? ?? yêu cầu cấp... dựng MSHV: 03506698 Khóa: 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: ? ?Nghiên cứu cọc đất trộn xi măng kết hợp phụ gia để xử lý đất sét chứa vôi vùng Hố Nai - tỉnh Đồng Nai? ?? 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nhiệm vụ luận văn thạc