Nghiên cứu lập bản đồ địa chất công trình và đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu hạ tầng giao thông thành phố trà vinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH HỒNG NGHIÊN CỨU LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU HẠ TẦNG GIAO THÔNG THÀNH PHỐ TRÀ VINH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH HỒNG

NGHIÊN CỨU LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HẠ TẦNG GIAO THÔNG THÀNH PHỐ TRÀ VINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 60.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ K THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Châu Trường Linh

Phản biện 1: Ts Nguyễn Lan

Phản biện 2: PGS TS Lê Thị Bích Thủy

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ K thuật x y d ng công trình giao thông họp tại

Trường Đại học Bách khoa vào ngày 14 tháng 10 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung t m Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

- Thư viện Khoa X y d ng - C u Đường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU L do ựa chọn ề tài

Thành phố Trà Vinh là trung t m kinh tế - tài chính, giáo dục, văn hóa và du lịch của Tỉnh và đang phấn đấu hướng đến là đô thị loại 1 trước năm 2020 Cơ sở hạ t ng, giao thông được tập trung phát triển từ đó thúc đẩy quá trình đô thị hóa Hàng loạt công trình kiến trúc, quy mô lớn như ng n hàng, siêu thị, trung t m thương mại, khách sạn, bệnh viện, trường học,…nhất là hệ thống hạ t ng giao thông trong đô thị Thành phố đã và đang chuẩn bị hình thành Chính vì vậy trong giai đoạn phát triển hiện nay, nhu c u về

x y d ng hạ t ng cơ sở đã trở nên thiết yếu nhằm phục vụ cho s phát triển của Tỉnh, trong đó nổi bật lên là nhu c u x y d ng, phát triển mạng lưới giao thông vận tải Để góp ph n năng cao cở sở vật chất cho các công trình x y d ng, các tuyến đường được thiết kế đảm bảo đạtchuẩn thì vấn đề khảo sát địa chất công trình tại Thành Phố góp ph nkhông nhỏ Tuy nhiên, với quy mô x y d ng có quy hoạch như thế thì với mỗi công trình chúng ta c n phải kiểm tra địa

t ng đất cho từng khu v c và việc này cũng đã tốn rất nhiều kinh phí,

là một thành phố thuốc vùng s u thì để đ u tư một khoảng kinh phí cho khảo sát địa chất với vi mô lớn như thế thì củng là vấn đề đáng bàn cãi Với số liệu địa chất sẵn có, các số liệu địa chất các công trình trên địa bàn Thành phố Trà Vinh đã được đánh giá và phân tích rất nhiều, d a vào số liệu đó chúng ta có thể nghiên cứu lập nên một bản đồ ĐCCT và đưa ra các giải pháp sử lý nền đất yếu hạ t ng giao thông TP Trà Vinh để góp ph n hạn chế được những kinh phí khảo sát và có giải pháp hợp lý khi thiết kế các công trình trên địa bàn tỉnh Trà Vinh

Do đó đề tài luận văn “Nghiên cứu ập bản ồ Địa chất công trình & ề xuất giải pháp xử nền ất yếu hạ tầng giao thông Thành phố Trà vinh” chính là giải quyết vấn đề thời gian, công sức

trong việc th c hiện l a chọn các phương án k thuật, đồng thời tiết kiệm chi phí đ u tư x y d ng công trình, nhất là đối với các công trình hạ t ng giao thông trên khu v c TP Trà Vinh, góp ph n định

hướng cho chủ đ u tư, k sư thiết kế, cơ quan quản lý nhà nước đề xuất lập các Đề án đ u tư x y d ng hạ t ng giao thông, đảm chất lượng công trình và tăng hiệu quả đ u tư x y d ng

2.Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát:

Kết quả nghiên cứu của đề tài lập được Bản đồ ĐCCT của khu

v c TP Trà vinh, đánh giá sơ bộ điều kiện ĐCCT của khu v c nghiên cứu

3 Đối tượng nghiên cứu

- Địa t ng ĐCCT khu v c nghiên cứu;

- Các chỉ tiêu cơ lý đăc trưng của đất nền;

- Phương pháp xử lý nền đất yếu khu v c nghiên cứu

4 Phạm vi nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp, thống kê, tính toán các tài liệu hố khoan ĐCCT, các kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu đặc trưng cơ bản của đất nền , các báo cáo ĐCCT các dữ liệu lập bản đồ ĐCCT, từ đó ứng dụng đưa ra phương pháp xử lý nền đất yếu hạ t ng giao thông cho một tuyến đường D16 tại trung t m thành phố Trà Vinh

5 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin:

+ Thu thập từ các đề tài, d án liên quan đến Lập Bản đồ ĐCCT;

+ Thu thập từ các Báo cáo kết quả KS ĐCCT của các công trình trong khu v c TP Trà Vinh;

+ Thu thập từ mạng về công nghệ xử lý nền đất yếu;

+ Thu thập các ph n mền liên quan về lập bản đồ ĐCCT ;

- Tổng hợp thống kê các chỉ tiêu cơ lý đặt trưng của đất nền

- Phân vùng & sơ bộ đánh giá điều kiện ĐCCT;

- X y d ng các biện pháp xử lý nến đất yếu hạ t ng giao thông khu v c nghiên cứu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của ề tài

6.1.Ý nghĩa khoa học:

- Sơ bộ đánh giá điều kiện ĐCCT của khu v c nghiên cứu

- Đề xuất các biện pháp xử lý đất nền cho hạ t ng giao thông trong khu v c TP Trà vinh

6.2.Ý nghĩa thực tiễn:

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở tham khảo, phục vụ cho các công tác Lập D án, Quy hoạch, thiết kế x y d ng công trình, nhất là các hạ t ng giao thông trong khu v c TP Trà Vinh nhằm phát triễn hạ t ng giao thông ngày càng hiện đại và môi trường bảo đảm phát triển bền vững

- Kết quả nghiên cứu giúp cho chủ đ u tư có thêm các phương

án so sánh phương án xử lý nền đường

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ HIỆN TRẠNG NỀN ĐẤT YẾU TẠI

TRUNG TÂM THÀNH PHỐ TRÀ VINH

1.1 Tổng quan về bản ồ ịa chất công trình

1.1.1 Khái niệm và phân loại bản đồ ĐCCT

+ Khái niệm bản đồ ĐCCT:

- Bản đồ địa chất là một bản đồ phục vụ cho mục đích đặc biệt thể hiện các yếu tố địa chất

- Bản đồ địa chất công trình là bản đồ được thành lập trên bản đồ địa chất thể hiện các điều kiện địa chất công trình của một khu v c, cho ph p x y d ng các công trình có quy mô và công dụng khác nhau về mặt kinh tế

a Tổng quan về GIS (Geographic Information System)

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước

và phát triển rất mạnh trong những năm g n đ y GIS là một hệ thống máy tính và các thiết bị ngoại vi dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, ph n tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu

1.1.3.1 Lập bản đồ ĐCCT bằng phần mềm MAPINFO

MapInfo là hệ ph n mềm GIS chuyên về quản lý dữ liệu

và in ấn bản đồ Ưu điểm nổi bật của ph n mềm này là khả năng hỏi đáp cơ sở dữ liệu địa lý mà sử dụng được các tài nguyên của môi trường Windows

1.1.3.2 Lập bản đồ ĐCCT bằng phần mềm ARCGIS

ArcGIS (ESRI Inc - http://www.esri.com): là hệ thống GIS hàng đ u hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, ph n tích và ph n phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá

nh n hay CSDL của các doanh nghiệp

1.1.4 Tool Arc Hydro Groundwater

1.2 Hiện trạng nền ất yếu tại TP Trà Vinh

Địa chất đặc trưng vùng đất yếu trung t m TP Trà Vinh chủ yếu là tr m tích HOLOCEN trung thượng (AMQII2-3), phổ biến nhất là các loại đất yếu như bùn s t, bùn s t pha, d t pha và s t trạng thái dẻo chảy đến chảy, có nơi kẹp cát, cát pha, một số nơi gặp đất

s t, s t pha trạng thái dẻo cứng – dẻo mềm

1.2.1 Khái niệm đất yếu & nền đất yếu

1.2.2 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản về đất & nền đất yếu

2 Giới thiệu phần mềm ARCGiS

ArcGIS (ESRI Inc - http://www.esri.com): là hệ thống GIS hàng đ u hiện nay

- ArcGis có thể tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp ( dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính) cho ph p sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet

- ArcGis truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau

- Hiển thị, truy vấn và ph n tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính

2.2 Thiết bị khảo sát

2.2.1 Máy GPSMap 60CSx

2.2.2 Máy thủy chuẩn

2.3 Khảo sát thực ịa ể thu thập số iệu tọa ộ các ỗ

Hố khoan còn gọi là lỗ khoan, giếng khoan, là công trình phục

vụ nghiên cứu, thăm dò, khai thác hoặc x y d ng, có dạng trục hẹp

và dài được khoan vào lòng đất, nhằm thu được các thông tin cụ thể

về thành ph n, tính chất, trạng thái của đất đá thông qua các mẫu lõi khoan (Core sample) hoặc mùn khoan

2.4.2 Mặt cắt ĐCCT

a Định nghĩa

Mặt cắt địa chất công trình được vẽ theo tuyến, tức là vẽ theo thứ t các hố khoan nằm cạnh nhau và nối các lớp đất của các hố khoan lại thành những lớp đất đồng nhất phản ánh ký hiệu các lớp đất và mô tả của từng lớp

2.4.3 Chiều dày các lớp ĐCCT

2.4.4 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của nền đất

2.5 Phân nhóm các công trình ân cận có cùng ặc trƣng

ịa chất

2.5.1 Cơ sở phân nhóm các công trình có cùng đặc trưng địa chất

D a vào dữ liệu địa chất tại các lỗ khoan: Những đặc trưng cơ

lý hóa của địa chất, mặt cắt địa chất tại từng lỗ khoan Đề tài đã tiến hành ph n vùng địa chất ở khu v c nghiên cứu- trung t m thành phố Trà Vinh

2.5.2 Phân nhóm dựa trên cơ sở phân nhóm

Dưới đ y là hình ảnh tổng hợp kết quả ph n nhóm các vùng có cùng địa chất trong phạm vi trung t m thành phố Trà Vinh xuất ra từ bảng thuộc tính trong ph n mềm ArcGis Cột HGUName là cột thống kê các lớp địa chất của các nhóm, tên cụ thể của nó sẽ được

thể hiện qua cột Địa Chất Những cột còn lại là các thông số phục vụ

ph n mềm

Hình 2.1 Hình ảnh các vùng đã được phân nhóm

2.6 Xây dựng bản ồ ĐCCT-Hạ tầng giao thông khu vực trung tâm thành phố Trà Vinh

1 Bản đồ giao thông trà vinh

2 Tọa độ (x,y,z) của các lỗ khoan trong hệ tọa độ

VN-2000

3 Bảng tổng hợp các lớp địa tầng tại các lỗ khoan

4 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa tầng tại các lỗ khoan

2.7 Phát sinh các mặt cắt ịa chất dọc theo hạ tầng giao thông khu vực trung tâm thành phố Trà Vinh

Dưới đ y là một số mặt cắt địa chất được x y dụng từ

ph n mềm

Mặt cắt ịa chất ƣờng Phạm Ngũ Lão

Hình 2.2 Mặt cắt địa chất Phạm Ngũ Lão (PNL-1) hoàn thiện

Ở hình vẽ trên, các lớp địa chất được nối lại với nhau để tạo thành một mặt cắt địa chất Mặt cắt địa chất được thể hiện là lát cắt có tên PNL-1 như trên bản đồ Đường màu xanh lam đang được chọn đó chính là lát cắt PNL-1

Trên mặt cắt địa chất PNL-1 có 6 lớp địa chất khác nhau (ký hiệu theo HGUID) có chỉ tiêu cơ lý khác nhau:

 Lớp số 2: Bùn s t pha, bùn s t đôi chỗ kẹp cát, xám n u, trạng thái chảy

 Lớp số 4: Bùn s t xám xanh, xám n u, trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy

 Lớp số 7: Cát nhỏ, rời đến chặt vừa (k m chặt)

 Lớp số 3: Cát nhỏ, xám xanh, xám n u, kết cấu k m chặt đến chặt vừa

 Lớp số 8: S t pha, vàng n u, xám n u, trạng thái dẻo mềm

 Lớp số 5: S t, vàng n u, xám n u, trạng thái dẻo chảy

Mặt cắt ịa chất ƣờng D 5

Hình 2.3 Mặt cắt địa chất tuyến quy hoạch D15

Ở hình vẽ trên, các lớp địa chất được nối lại với nhau để tạo thành một mặt cắt địa chất Mặt cắt địa chất được thể hiện là lát cắt có tên D15-1 như trên bản đồ Đường màu xanh lam đang được chọn đó chính là lát cắt D15-1

Trên mặt cắt địa chất BD-1 có 13 lớp địa chất khác nhau (ký hiệu theo HGUID) có chỉ tiêu cơ lý khác nhau:

 Lớp số 2: Bùn s t pha, bùn s t đôi chỗ kẹp cát, xám n u, trạng thái chảy;

 Lớp số 1: Cát nhỏ, vàng n u, xám n u, kết cấu k m chăt, chặt vừa;

 Lớp số 4: Bùn s t xám xanh, xám n u, trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy;

 Lớp số 5: S t, vàng n u, xám n u, trạng thái dẻo chảy;

 Lớp số 6: Cát pha, vàng n u- xám n u, trạng thái dẻo;

 Lớp số 7: Cát nhỏ, rời đến chặt vừa ( k m chặt);

 Lớp số 9: S t, vàng n u, xám trắng- xám xanh, trạng thái nửa cứng;

 Lớp số 10: S t, xám n u, xám đen lẫn sỏi laterit, dẻo mềm, dẻo cứng, nửa cứng;

 Lớp số 15: S t pha, xám n u- xám trắng, trạng thái dẻo cứng ( Đến cứng);

 Lớp số 18: Cát san lấp, vàng n u;

 Lớp số 23: Đá laterrit kết tảng, xám, xám vàng n u;

 Lớp số 25: Cát mịn, kết cấu k m chặt;

 Lớp số 29: S t, vàng n u, n u đỏ, xen kẹp lớp laterit cứng chắc, trạng thái cứng

Các chỉ tiêu cơ lý được nội suy hoặc tính giá trị trung bình

từ số liệu của các lỗ khoan đã có Ví dụ đối với lớp số 6, OBJECTID=30 phạm vi của lớp này ph n bố trong 1 hố khoan cuối cùng bên phải Như vậy các chỉ tiêu cơ lý sẽ được nội suy hoặc tính giá trị trung bình từ số liệu của 1 lỗ khoan này

Hình 2.4: thể hiện các thông số của một lớp địa chất bất kỳ đã được

nội suy trong mặt cắt địa chất D15-1

2.8 Tạo mặt cắt 3D từ mặt cắt 2D

Mục đích của việc tạo mô hình 3D từ các mặt cắt 2D trong phạm vi vùng nghiên cứu: D a vào mô hình 3D, ta sẽ dễ dàng nhận thấy s ph n bố và phạm vi của các lớp địa chất theo không gian 3 chiều Từ đó có thể dễ dàng nội suy được tương đối địa chất trong phạm vi giữa các mặt cắt địa chất Kết hợp với phương pháp chuyên gia, thì việc đánh giá này sẽ có hiệu quả tích c c;

Sau khi tạo được các mặt mắt địa chất 2D từ quá trình nội suy modun trong ph n mềm ArcGis tích hợp AHGW ta chuyển từ dữ liệu 2D sang mô hình 3D như một số hình dưới đ y

Hình 2.5 Mặt cắt 3D của một vùng trên bản đồ giao thông Trà Vinh

 Từ mô hình 3D, ta dễ hình dung được s thay đổi về địa chất trong một khu v c cụ thể tại vùng trung tâm thành phố Trà

Vinh

 Trong hai mô hình trên, ta có thể thấy bề dày của các lớp sẽ thay đổi tùy theo vị trí địa lý (x,y) trên bản đồ Có những lớp chỉ có ở một vài vị trí nhất định, có những lớp h u như có ở tất cả trong vùng

đang x t đến

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐƯỢC LẬP

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT TUYẾN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ TRÀ VINH 3.1 Đối với tuyến Quy hoạch thiết kế mới D16

3.1.1 Xác định các mặt cắt ngang D16

Từ bản đồ quy hoạch giao thông 2020 t m nhìn 2030 kèm theo các thông số kích thước hình học, cấp đường do bộ x y d ng quy hoạch trong tương lai, từ các số liệu đã được quy hoạch đề tài đưa ra mặt cắt ngang đặc trưng cho tuyến D16

Tuyến D16 là một tuyến đường trục chính của thành phố Trà Vinh trong năm tương lai với 4 làn xe cơ giới và 2 làn xe thô sơ có thể giải quyêt vấn đề kẹt xe cho người tham gia giao thông trên tuyến xã long đức về phía t y Trà Vinh

Hình 3.2 Mặt cắt địa chất công trình D16 thể hiện theo tên lớp

địa chất Bảng 3.1 : Bảng số liệu hiệu chỉnh chỉ tiêu cơ lý từng lớp đất tuyến D16 đưa vào tính toán trên phần mềm Plaxis

Bùn sét kẹp cát xám nâu trạng thái

chảy 1.66 1.11 1,372 0.122 17.2 04°07' 0.066 2.16*10^-4 2.16*10^-4 0.35

98 3a 25 Cát mịn xám đen kết cấu kém chặt 1.90 1.52 0.757 0.015 97.6 22°56' 0.031 0.151 0.151 0.25 67-69 3 6 Cát pha xám xanh đen trạng thái dẻo 1.89 1.50 0.782 0.015 74.4 18°40' 0.087 0.151 0.151 0.25

91 3b 1 Cát nhỏ xám xanh xám nâu kết cấu kém chặt 1.86 1.49 0.779 0.020 78.5 27°42' 0.035 0.151 0.151 0.25 67-69-

Bùn sét đôi chỗ kẹp cát mịn xám nâu

đen trạng thái chảy 1.68 1.13 1,321 0.120 17.2 03°45' 0.068 2.08*106-4 2.08*10^-4 0.35

98 5a 6 Cát pha lẫn sỏi sạn trạng thái dẻo 1.96 1.66 0.611 0.028 67.7 22°53' 0.098 0.151 0.151 0.25 67-69 5b 23 Sét pha lẫn dăn sạn laterit, vàng nâu trạng thái nữa cứng 1.91 1.60 0.679 0.025 75.9 17°06' 0.385 1.9*10^-4 1.9*10^-4 0.35

67 5c 29 Sét pha lẫn dăn sạn laterit, vàng nâu trạng thái nữa cứng 1.96 1.62 0.679 0.023 75.0 16°50' 0.310 1.98*10^-4 1.98*10^-4 0.35 98-91 5 9 Sét xen kẽ màu vàng nâu, xám nâu xám trắng, trạng thái nữa cứng 1.98 1.60 0.706 0.026 63.3 14°38' 0.398 2.0*10^-4 2.0*10^-4 0.35 67-69 6 10 Sét vàng nâu nâu vàng xám trắng trạng

thái nữa cứng 1.97 1.57 0.743 0.024 71.8 15°41' 0.49 2.1*10^-4 2.1*10^-4 0.35

Chỉ tiêu cơ lý mặt cắt địa chất công trình tuyến D16

biến dạng Góc nội ma sát φ (độ)

Lực dính

c (KG/cm2)

Hệ số thấm (m/ngày)

Hệ số possoin Chỉ tiêu cơ lý

Lớp HGUID Mô tả địa tầng Dung

ướt (g/cm3)

Dung trọng khô (g/cm3)

Hệ số rỗng eo

Hệ số nén lún (cm2/kG)