Nghiên cứu tính toán hợp lý cột đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM QUANG KHƠI NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỢP LÝ CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV : 10090330 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướngdẫn : TS LÊ BÁ VINH Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận Văn Thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM, BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 09 tháng…01…năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TS LÊ BÁ VINH PGS.TS VÕ PHÁN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS VÕ PHÁN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc oOo Tp HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM QUANG KHƠI Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 12/12/1985 Nơi sinh : Lâm đồng Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV: 10090330 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN HỢP LÝ CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nhiệm vụ: Nghiên cứu tính tốn hợp lý cột đất trộn xi măng để gia cố đất yếu Nội dung: Chương : Nghiên cứu tổng quan Chương 2: Các phương pháp lý thuyết xác định độ lún, phân bố ứng suất ổn định gia cố cột đất trộn xi măng Chương 3: Phân tích, tính tốn độ lún gia cố cột đất trộn xi măng Chương 4: Phân tích, tính tốn phân bố ứng suất ổn định gia cố CDM Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ……/ … / 2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/ 11 / 2012 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LÊ BÁ VINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TS LÊ BÁ VINH PGS.TS VÕ PHÁN KHOA QLCN LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu để hồn thành khố học, ngồi nỗ lực thân cịn có hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, đơng nghiệp, bạn bè gia đình Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Bá Vinh, người tận tình hướng dẫn hết lịng giúp đỡ tơi suốt thời gian hồn thành luận văn Tơi xin chân thành tri ân sâu sắc đến thầy cô môn Địa Cơ Nền Móng thầy trực tiếp giảng dạy thời gian học tập trường Tôi xin chân thành cảm ơn quan tâm động viên giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành khoá học Cuối xin gửi đến Cha Mẹ gia đình với lịng biết ơn vơ hạn động viên cho thời gian học tập Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2012 Phạm Quang Khơi TĨM TẮT LUẬN VĂN Khi xây dựng cơng trình đất yếu, giải pháp mà người thiết kế lựa chọn xử lý đất để tăng sức chịu tải đất, cải thiện số tính chất lý đất yếu giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mô đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt… Hiện có nhiều phương pháp xử lý đất yếu dùng đệm cát, đầm chặt lớp mặt, dùng cọc tre, bấc thấm, cọc cát, thấm…Trong công nghệ xử lý đất yếu cột xi măng đất có nhiều ưu điểm sử dụng rộng rãi Mục tiêu tổng thể đề tài nghiên cứu tính tốn hợp lý cột đất trộn xi măng đất gia cố CDM Bằng cách phân tích độ lún, phân bố ứng suất đánh giá ổn định cơng trình thực tế theo tiêu chuẩn khác (Thụy Điển, Nhật Bản, Trung Quốc TCXDVN 385 : 2006…) phương pháp phần tử hữu hạn, từ việc so sánh kết tính tốn theo phương pháp khác đưa kết luận đề xuất giải pháp tính tốn gia cố cột CDM phù hợp với điều kiện Việt Nam Đồng thời nghiên cứu phương pháp kiểm tra ổn định cho đắp theo phương pháp Matsuo điều kiện địa chất Việt Nam gia cố cột đất trộn xi măng ABSTRACT When constructing on soft ground, one of the solutions that the designer chooses is treat the soil to increase load capacity of the soil ground and improve some mechanical properties of soft ground such as reducing the hollow coefficient, reducing compression deflection, increasing value of deformation module, enhancing shear resistance There are many treatment methods for soft ground such as sand cushion, compacted surface layer, using bamboo stakes, PVD, sand piles, preload In which, technology of soft ground treatment by soil mixed cement column has many advantages and is widely used The overall objective of the research subject is reasonably calculated soil mixed cement column in the CDM reinforced ground By analyzing the settlement, stress distribution and assess the stability of the background in the practical work in different standards (Sweden, Japan, China and TCXDVN 385: 2006) and by finite element method, from the comparison of calculated results by different methods give the conclusions and proposed solutions to calculate the CDM reinforced columns in accordance with the conditions in Vietnam And research methods for embankment stability test by the method of Matsuo in the geological conditions of Vietnam when soil ground reinforced by soil mixed cement column TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Phạm Quang Khôi Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1985 Quê quán: Lâm Đồng Giới tính: Nam Nơi sinh: Lâm Đồng Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 236/35 Lê Văn Thọ, P 9, Quận Gò Vấp, Tp HCM Điện thoại : 0905 595 887 E-mail : khoipq@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học : Nơi đào tạo : ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ năm 2004 đến 2009 Chuyên ngành : Xây dựng DD & CN Thạc sĩ: Nơi đào tạo : TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Khóa (Năm trúng tuyển) : 2010 Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số học viên : 10090330 III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Từ năm 2009 – 2011 : Công tác Trường Đại học Mở Tp.HCM Từ năm 2011 – : Làm việc Công ty TNHH XD TM Lê Quốc Huy MỤC LỤC CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN I Vấn đề nghiên cứu ứng dụng gia cố đất yếu cột đất trộn xi măng (CDM) giới Việt Nam: II 1.1 Trên giới: 1.2 Ở Việt Nam Giới thiệu gia cố đất yếu cột đất trộn xi măng (CDM) 2.1 Đặc điểm chung 2.2 Các phương pháp bố trí cột đất trộn xi măng 2.3 Sơ lược phương pháp thi công 2.3.1 Phương pháp trộn khô 2.3.2 2.4 Các ứng dụng cột CDM 2.5 Ưu khuyết điểm xử lý đất yếu cột CDM 10 2.5.1 Ưu điểm: 10 2.5.2 Khuyết điểm: 10 III Phạm vi nghiên cứu đề tài 11 3.1 Đặt vấn đề 11 3.2 Mục tiêu nghiên cứu: 11 3.3 Phương pháp nghiên cứu 11 3.4 Giới hạn đề tài 12 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN, SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT VÀ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN GIA CỐ CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG 13 I Độ lún: 13 1.1 Tính tốn theo quy trình Thụy Điển: 13 1.1.1 Trường hợp A: 15 1.1.2 Trường hợp B 16 1.1.3 Chênh lệch lún 17 1.1.4 Tính toán độ lún theo thời gian 19 1.2 Tính tốn theo quy trình Thượng Hải – Trung Quốc 20 1.3 Tính tốn theo quy trình Nhật Bản 21 1.4 II Nhận xét quy trình tính tốn: 22 Sự phân bố tải trọng gia cố cột đất trộn xi măng 23 2.1 Cơ chế phân bố tải trọng 23 2.2 Các phương pháp lý thuyết xác định hệ số phân bố tải trọng 24 2.2.1 Tiêu chuẩn Anh BS8006 (1995) 24 2.2.2 Phương pháp Terzaghi (1943) 25 2.2.3 Phương pháp Hewlett Randolph (1988) 27 2.2.4 Phương pháp Low (1994) 28 2.2.5 Phương pháp Guido (1987) 29 2.2.6 Phương pháp Carlsson: 29 2.2.7 Phương pháp Thụy Điển 29 III Ổn định gia cố cột đất trộn xi măng 31 3.1 Ổn định gia cố cột CMD 31 3.2 Phương pháp đánh giá ổn định Matsuo 32 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN ĐỘ LÚN CỦA NỀN GIA CỐ BẰNG CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG 34 I Tính tốn độ lún gia cố cột đất trộn xi măng cho cơng trình cụ thể 34 1.1 Giới thiệu cơng trình 34 1.2 Số liệu địa chất cơng trình 36 1.3 Tính tốn độ lún cơng trình phương pháp giải tích theo quy trình tính tốn Thụy Điển, Trung Quốc Nhật Bản 39 1.3.1 Theo quy trình Thụy Điển 39 1.3.2 Theo quy trình Trung Quốc 44 1.3.3 Theo quy trình Nhật Bản 45 1.4 Tính tốn độ lún cơng trình phương pháp phần tử hữu hạn 48 1.4.1 Theo phân tích phần tử hữu hạn chiều (Plaxis 2D V 8.2) 48 1.4.1.1 Thông số đầu vào: 48 1.4.1.2 Mơ hình tính tốn 49 1.4.1.3 Kết tính tốn 50 1.4.2 Theo phân tích phần tử hữu hạn 3D (Plaxis 3D Foundation V 1.6) 51 1.4.2.1 Thông số đầu vào: 51 1.4.2.2 Mơ hình tính tốn 52 1.4.2.3 Kết tính toán 53 1.5 Độ lún cơng trình theo số liệu quan trắc trường 54 1.5.1 Kết quan trắc Settlement Plate 55 1.5.2 Độ lún ổn định cơng trình theo phương pháp Asaoka 57 II Đánh giá ảnh hưởng sức chống cắt khối đất xung quanh đến độ lún khối gia cố CDM trình làm việc 60 2.1 Độ lún theo phương pháp giải tích 61 2.2 Độ lún theo phương pháp phần tử hữu hạn 63 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT VÀ ỔN ĐỊNH NỀN CỦA NỀN GIA CỐ BẰNG CỘT CDM 68 I Tính tốn phân tích phân bố ứng suất cơng trình thực tế 68 1.1 Cơng trình thứ 68 1.1.1 Mơ tả cơng trình 68 1.1.2 Các thơng số mơ hình vật liệu 69 1.1.3 Tính tốn phân bố ứng suất theo phương pháp giải tích 70 1.1.3.1 Tiêu chuẩn Anh BS8006 (1995) 70 1.1.3.2 Phương pháp Terzaghi (1943) 71 1.1.3.3 Phương pháp Hewlett Randolph (1988) 72 1.1.3.4 Phương pháp Low (1994) 72 1.1.3.5 Phương pháp Guido (1987) 73 1.1.3.6 Phương pháp Carlsson: 73 1.1.3.7 Phương pháp Thụy Điển 73 1.1.4 Theo phân tích phần tử hữu hạn 3D (Plaxis 3D Foundation ) 74 1.1.4.1 Mơ hình tính tốn 75 1.1.4.2 Kết tính tốn 76 1.2 Cơng trình thứ hai 79 1.2.1 Mơ tả cơng trình 79 1.2.2 Các thơng số mơ hình vật liệu 80 1.2.3 Kết tính tốn: 81 Mở rộng nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến phân bố ứng suất gia cố cột đất trộn xi măng 83 2.1 Ảnh hưởng thông số vật liệu lớp đất đắp 83 2.1.1 Ảnh hưởng mô đun biến dạng lớp đất đắp 83 2.1.2 Ảnh hưởng góc ma sát lớp đất đắp 86 Bảng 4.10 - Bảng kết tính tốn hệ số SRR cho trường hợp mô đun biến dạng cột CDM đất yếu Hệ số SRR Ecol CDM (Kpa) Esoil=1000 kPa Esoil=2000 kPa Esoil=3500 kPa 25,000 0.637 0.716 0.776 50,000 0.593 0.664 0.725 100,000 0.565 0.625 0.682 150,000 0.555 0.609 0.662 200,000 0.549 0.601 0.651 250,000 0.546 0.597 0.644 0.800 0.750 SRR 0.700 0.650 E soil =1.000 kPa E soil = 2.000 kPa 0.600 E soil = 3.500 kPa 0.550 0.500 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 E col (kPa) Hình 4.18 - Kết tính tốn hệ số SRR theo trường hợp mô đun biến dạng cột CDM đất yếu xung quanh cột Trang - 93- 0.800 0.700 0.600 SRR 0.500 0.400 PP PTHH 0.300 PP Thụy Điển 0.200 0.100 0.000 50 100 150 200 250 300 E col/Esoil Hình 4.19 - Kết tính tốn hệ số SRR theo PP Thụy Điển PP Phần tử hữu hạn các trường hợp Ecol Esoil 2.2.2 Ảnh hƣởng thông số chiều dài cột CDM Chiều dài cột CDM có ảnh hưởng đến phân bố ứng suất gia cố cột đất trộn xi măng Để đánh giá mức độ ảnh hưởng chiều dài cột đến phân bố ứng suất nền, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định hệ số giảm ứng suất SRR cho trường hợp chiều dài cột CDM: 5, 10, 15, 20, 25, 30 m Kết quà tính tốn hệ số giảm ứng suất SRR cho trường hợp sau: Bảng 4.11 - Bảng kết tính tốn hệ số SRR cho trường hợp chiều dài cột CDM CHIỀU DÀI CỘT CDM (m) HỆ SỐ SRR 0.425 10 0.625 15 0.640 20 0.640 25 0.639 30 0.640 Trang - 94- 0.700 0.650 SRR 0.600 0.550 0.500 0.450 0.400 10 15 20 25 30 35 H col (m) Hình 4.20 - Kết tính tốn hệ số SRR theo trường hợp chiều dài cột Nhận xét kết tính tốn: - Từ biểu đồ hình 4.17: Hệ số giảm ứng suất SRR giảm mô đun biến dạng cột CDM tăng, nhiên tốc độ giảm dần mô đun biến dạng cột CDM lớn Từ biểu đồ ta thấy mô đun biến dạng cột Ecol < 75.000 kPa hệ số ứng suất giảm mạnh tăng mô đun biến dạng cột, Ecol> 75.000kPa hệ số ứng suất giảm không đáng kể tăng Ecol Khi mơ đun biến dạng đất yếu tăng hệ số SRR tăng - Từ biểu đồ hình 4.18: Hệ số giảm ứng suất SRR theo phơng pháp phần tử hữu hạn cho giá trị lớn so với phương pháp Thụy Điển Hệ số giảm tăng tỷ số Ecol Esoil , nhiên so với phương pháp phần tử hữu hạn hệ số SRR theo phương pháp Thụy Điển giảm mạnh so với phương pháp phần tử hữu hạn tỷ số Ecol Esoil phương pháp Thụy điển cho hệ số SRR nhỏ - Từ biểu đồ hình 4.19: Hệ số giảm ứng suất SRR tăng mạnh chiều dài cột CDM tăng Tuy nhiên, Lcol >10D col hệ số SRR không thay đổi Kiến nghị: - Qua kết tính tốn phân tích hệ số phân bố ứng suất theo trường hợp thay đổi thông số cột CDM đất yếu xung quanh cột Hệ Trang - 95- số giảm ứng suất SRR giảm tăng mô đun biến dạng cột giảm giảm mô đun biến dạng đất yếu xung quanh cột Phương pháp tính tốn hệ số giảm ứng suất SRR Thụy Điển - không phù hợp tỷ số mô đun biến dạng cột đất yếu Ecol Esoil lớn - Khi chiều dài cột Lcol