Nghiên cứu đề xuất biện pháp xử lý nền đất yếu đoạn tuyến Trị Bình - Dung Quất

Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát QUẢ THÍ NGHIỆM CHỈ T U CƠ LÝ CÁC LỚP ĐỊA CHẤT 2.1.. Lựa chọn mặt cắt tính toán Dựa vào đi u kiện địa chất công trình dọc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM VŨ LONG

NG N C U ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

ĐOẠN TUYẾN TRỊ BÌNH - DUNG QUẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 85.80.205

TÓM TẮT LUẬN VĂN T ẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Đà Nẵng - Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS C ÂU TRƯỜNG LINH

Phản biện 1: TS HOÀNG TRUYỀN

Phản biện 2: TS TRẦN TRUNG VIỆT

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật, Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 11 năm

2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

-Thư viện Khoa kỹ thuật xây dựng công trình giao thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bản thân đang công tác tại BQL KKT Dung Quất và các KCN uảng Ng i, học vi n c ng đ t ng ch ng kiến nhi u công trình ử

lý n n đất yếu tr n địa bàn khu kinh tế Dung Quất nên lựa chọn đ

tài : “ n c u ề xuất biện pháp xử lý nền ất yếu oạn tuyến

Trì Bình – Dung Quất ”

2 Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tượng nghiên c u là: Nghi n c u đ xuất biện pháp xử lý đoạn tuyến Trì Bình - Dung Quất

- Đánh giá diễn tiến lún, ổn định tr n tính toán dự báo và quan trắc thực tế nếu kịp thời

- So sánh, lựa chọn phương án thỏa m n y u cầu kinh tế - kỹ thuật để đ uất đơn vị thiết kế em ét với vai trò là B L DA

5 Cơ sở dữ liệu và phương pháp nghiên cứu

5.1 Cơ sở dữ liệu

5.2 P ươn p áp n n c u

C ƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG TÁC XÂY DỰNG ĐƯỜNG

Ô TÔ TRÊN NỀN ĐẤT YẾU VÀ MỘT SỐ P ƯƠNG P ÁP

GIA CỐ

1.1 Khái quát chung về nền đất yếu đối với công tác xây dựng đường ô tô

1.1.1 Khái niệm ất yếu

1.1.2 Các chỉ t u cơ lý của ất yếu

1.1.3 Các loại nền ất yếu t ường gặp

1.2 Tình hình xây dựng đường ô tô trên nền đất yếu tại Việt Nam

1.3 Giới thiệu chung về một số phương pháp gia cố nền đất yếu ở tỉnh Quảng Ngãi

1.3.1 G ả p áp xử lý nền bằn cọc tre

1.3.2 Gia cườn ất yếu bằn cọc t ết d ện n ỏ

1.3.3 G ả p áp xử lý nền bằn cọc cát/ ến cát (SD - Sand Dra n), bấc t ấm (PVD - Prefabricated Vertical Drain)

1.3.4 G a tả trước

1.3.5 G ả p áp xử lý nền bằn vả ịa kỹ t uật, lướ ịa kỹ

t uật

1.3.6 Cọc vật l ệu rờ (Cọc á dăm, cọc cát ầm c ặt)

1.3.7 Cố kết ộn

1.3.8 Bệ p ản áp

[3]

1.3.9 Côn n ệ k oan p ụt vữa x măng (Jet grouting)

Hình 1.1 Một số công trình ở Việt Nam sử dụng công nghệ Jet

1.4 Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

QUẢ THÍ NGHIỆM CHỈ T U CƠ LÝ CÁC LỚP ĐỊA CHẤT

2.1 Giới thiệu sơ lược về khu kinh tế Dung Quất

2.2 Điều kiện địa chất công trình tỉnh quảng ngãi và khu vực Dung Quất

2.2.1 Bản ồ ịa c ất tỉn Quản ã và k u vực Dun Quất

2.2.2 Đặc ểm cấu tạo ịa c ất, k ến tạo

2.2.3 Địa tần và ặc tín cơ lý của các lớp ất, á

2.2.4 Đán á c un về ều k ện ịa c ất côn trìn k u vực tuyến

2.3 Giới thiệu tuyến Trì Bình - Dung Quất

2.3.1 G ớ t ệu c ung

2.3.2 G ớ t ệu c ủ trươn ầu tư, quy mô, ồ sơ t ết kế

cũ của tuyến

2.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý lớp đất yếu

2.4 Biểu diễn mặt cắt địa chất

2.5 Kết luận chương 2

Trong nội dung chương chương 2 đ trình bày sơ lược v khu kinh tế Dung Quất c ng như đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên c u nhằm phục vụ tính toán trong chương 3

Kết quả khoan khảo chất địa chất gồm 8 lỗ khoan tại 3 mặt cắt nhằm ác định chính xác các chỉ ti u cơ lý lớp đất yếu, cho thấy rằng lớp đất 3B có 1 số chỉ ti u cơ lý như sau:

Lớp 3B phân bố ở chi u sâu -13.5 đến -15.8 m trong cấu trúc địa chất thuộc loại đất yếu, có khả năng chịu lực thấp Do đó khi ây dựng n n đường cần phải có biện pháp xử lý để tăng tính chịu lực của đất

C ƯƠNG 3 NGHIÊN C U ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP G A CƯỜNG NỀN ĐẤT YẾU TUYẾN TRÌ BÌNH - DUNG QUẤT PHÙ HỢP

Đ ỀU KIỆN ĐỊA P ƯƠNG

3.1 Cơ sở tính toán gia cường đất yếu đường Trì Bình - cảng Dung Quất từ km0+00 đến km0+900

+ Đoạn n n đắp thông thường: ΔS ≤ 30cm;

+ Đoạn n n đường có cống hoặc đường dân sinh chui dưới: ΔS

3.1.2 Tín toán qu ổi tải trọng xe

Theo quy trình [1] hoạt tải trong giai đoạn khai thác được tính theo sơ đồ sau:

Hình 3.1 Sơ ồ xếp xe xác ịnh tải trọng tác dụng xuống nền

ường

n G q

Trong đó:

+ Xe tải xét là xe WB20 có các thông số sau:

+ n: số xe tối đa có thể xếp được trên phạm vi b rộng n n đường;

+ G: trọng lượng một xe (T);

+ B: b rộng phân bố ngang của các xe (m);

+ l: phạm vi phân bố tải trọng e theo hướng dọc (m)

3.1.3 Tổng hợp chỉ t u cơ lí các lớp ất

Dựa theo hồ sơ địa chất và kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu

cơ lý trình bày trong chương 2, chỉ tiêu các lớp vật liệu đưa vào

mô hình mô phỏng được trình bày ở bảng 3.2

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lí các vật liệu

Chỉ tiêu

Bùn sét (Lớp 1)

Cát lẫn sét (Lớp 2)

Sét cứng (Lớp 3)

Đất đắp K95

Cọc cát, cát đệm

Cọc

xi măng đất

-0-4

4,53×10 -6 0,075 21,60 -

Hệ số thấm ky,

m/ng

5×104 2,33×1

-0-4

1,81×10 -6 0,030 8,64 - Modun đàn hồi,

3.1.4 Lựa chọn mặt cắt tính toán

Dựa vào đi u kiện địa chất công trình dọc tuyến, b dày, phạm

vi phân bố các lớp đất yếu, kết hợp với chi u cao n n đắp để lựa chọn các mặt cắt tính toán có tính đại diện cho t ng đoạn n n đường được liệt kê trong bảng tổng hợp kết quả thiết kế xử lý n n đất yếu Trên toàn bộ chi u dài đoạn tuyến, Lớp địa chất số 3 lớp bùn sét – lớp đất yếu dày phân bố t (4 – 12)m Tiến hành bóc bỏ một phần đất yếu, tạo mặt bằng thi công bằng phẳng – tùy theo t ng phân đoạn xử lý đất yếu để có chi u dày bóc bỏ đất yếu phù hợp với tính toán thiết kế xử lý

Căn c vào chi u dày lớp đất yếu và chi u cao đắp n n đường,

Bảng 3.2 Kết quả tính lún cố kết (22 TCN 262 - 2000) Kết quả lún cố kết (m) 1,653 Tải

trọng bản thân

s vi

(kg/cm 2

)

Tổng US tải trọng đắp

(m) Ch/sâu ảnh hưởng lún (m) Lớp

b Tính toán độ lún cố kết

Tính lún theo quy trình 22TCN-262-2000, độ lún cố kết Sc được dự tính theo phương pháp phân tầng lấy tổng với công th c sau:

+ eiolà hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhi n ban đầu (chưa

Khi σvzi<σpzi (đất ở trạng thái quá cố kết) thì tính độ lún cố kết

i vz

i z i r i o

i

e 1

H S

Kết quả độ lún cố kết S c : 1,653m (bảng 3.3)

c Dự tính độ lún cố kết theo thời gian

- Độ cố kết Uv của đất yếu đạt được sau thời gian t kể t lúc đắp xong n n đường thiết kế và đắp xong phần gia tải trước (nếu có) được ác định tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv:

2

tb v v

2 a tb

v

Ch

zC

Với h i là b dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi za (za =

∑hi) có hệ số cố kết khác nhau Cvi, hi=12,3m

Cvi ác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối

với các mẫu nguyên dạng đại diện cho lớp đất yếu i theo TCVN

4200-86 tương ng với áp lực trung bình

2

2 ivz  iz

mà lớp đất yếu

i phải chịu trong quá trình cố kết

H là chi u sâu thoát nước cố kết theo phương thẳng đ ng, nếu chỉ có một mặt thoát nước ở phía trên thì H = Za còn nếu hai mặt thoát nước cả tr n và dưới (dưới lớp có đất cát hoặc thấu kính cát) thì

H = 1/2 Za

- Độ lún cốt kết của n n đắp sau thời gian t: St = Sc Uv

- Phần lún còn lại sau thời gian t: ∆S = (1-U).Sc

Ta có kết quả tính:

t (tháng)

Hình 3.4 Biểu ồ ộ lún theo thời gian tại mặt cắt ngang tính toán

Nhận xét: để đạt được độ lún 148,7 (cm) tương ng độ cố kết yêu

cầu 90% so với độ lún còn lại cho phép thì cần thời gian lún là 413,9 năm, quá dài so với tiến độ dự án đặt ra vì vậy cần phải sử dụng các

biện pháp xử lý để đẩy nhanh thời gian đạt độ lún cố kết yêu cầu

3.1.6 Tín toán c ưa xử lý ất yếu bằng phần mềm Plaxis

a Mô hình và điều kiện biên

So sánh 2 phương pháp tính toán: sai số nhỏ hơn 5%, do vậy các phương pháp ử lý tính toán ở phần sau sẽ sử dụng phần m m Pla is để tính toán

So sánh với độ lún cho phép là 30cm đối với đường thông

thường V=80km/h, cần đưa ra giải pháp xứ lí

3.2 Đề xuất phương án xử lý

Qua tính toán theo tiêu chuẩn 262-2000 và phần m m Plaxis cho thấy để đạt được cố kết yêu cầu mà không có biện pháp tăng nhanh độ cố kết thì phải mất 413 năm Do vậy cần đưa ra biện pháp

xử lý để đẩy nhanh thời gian cố kết hoặc đảm bảo độ lún, độ ổn định của công trình tước khi đưa vào khai thác

Như đ phân tích ở chương 1, có rất nhi u các biện pháp xử lý

n n đất yếu Nhưng qua đi u tra các giải pháp xử dụng phổ biến trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi, và phân tích dựa trên các yếu tố kinh tế -

kỹ thuật, tận dụng yếu tố địa phương như: vật liệu, máy móc thiết bị,

kỹ thuật, đặc biệt yếu tố tiến độ mà công trình hiện đang y u cầu t

đó đ xuất 2 giải pháp sau:

- Phương pháp cọc cát;

- Phương pháp cọc i măng đất

3.3 Tính toán gia cường đất yếu đường Trì Bình - cảng Dung Quất từ km0+00,00 đến km0+900,00 bằng giải pháp cọc cát

Hình 3.14 Độ lún cực ại của nền ường với D40 và khoảng cách

Bảng 3.5 Tính toán độ lún và hệ số an toàn khi xử lý đất yếu

Độ lún lớn nhất (U v = 100%) (cm)

Độ lún sau

15 năm khai thác (cm)

K thi công

K khai thác

30

2D = 60 30 26,76 3,17 1,801 1,758 2,5D = 75 30 40,09 5,14 1,751 1,710 3D = 90 30 51,02 5,89 1,724 1,687

40

2D = 80 30 26,88 3,61 1,807 1,765

2,5D = 100 30 40,17 5,01 1,771 1,728 3D = 120 30 51,31 5,77 1,729 1,690

50

2D = 100 30 27,09 3,60 1,819 1,777 2,5D = 125 30 40,57 4,90 1,794 1,733 3D = 150 30 51,52 5,60 1,734 1,699

3.3.3 Tính toán dự toán gia cố nền ất yếu bằng cọc cát

Bảng 3.6 Tổng hợp dự toán hạng mục xử lí đất yếu bằng cọc cát trường hợp đường kính 40cm, khoảng cách bố trí cọc 2D = 0,8m

20 541 768 240 MG

Chi phí trực tiếp VL + NC + M 40 157 824 849 T

II CHI PHÍ CHUNG T x 6,5% 2 610 258 615 C III THU NHẬP

Thực hiện tính toán tương tự cho các trường hợp đường kính cọc cát D = 30cm, 50cm và khoảng cách cọc là 2D

Bảng 3.7 Tổng hợp dự toán xây dựng khi xử lý đất yếu bằng cọc

= 0,8m để xử lý đất yếu cho công trình

3.4 Tính toán gia cường đất yếu đường Trì Bình - cảng Dung Quất từ km0+00 đến km0+900 bằng giải pháp cọc xi măng - đất

Bảng 3.8 Tính toán độ lún và hệ số an toàn khi xử lý đất yếu cọc

Độ lún lớn nhất (U v = 100%) (cm)

Độ lún sau

15 năm khai thác (cm)

K thi công

K khai thác

40

2D = 80 30 10,22 0,85 2,131 2,062 2,5D = 100 30 11,01 0,96 2,161 2,108 3D = 120 30 11,87 1,07 2,184 2,120

50

2D = 100 30 10,25 0,85 2,143 2,073 2,5D = 125 30 11,06 0,97 2,203 2,125 3D = 150 30 11,96 1,08 2,247 2,138

60

2D = 120 30 10,34 0,85 2,148 2,081 2,5D = 150 30 11,34 0,97 2,214 2,137

3D = 1,8m

Đơn vị tính: đồng

STT NỘI DUNG CHI PHÍ CÁCH TÍNH GIÁ TRỊ KÝ HIỆU

I CHI PHÍ TRỰC TIẾP

1 Chi phí vật liệu VLG 6 651 078 703 VL

- Đơn giá vật liệu gốc Theo bảng tính toán,

đo bóc khối lượng công trình

6 651 078 703 VLG

2 Chi phí nhân công NCG 10 313 524 422 NC

- Đơn giá nhân công gốc Theo bảng tính toán,

đo bóc khối lượng công trình

10 313 524 422 NCG

3 Chi phí máy thi công MG 25 142 959 744 M

- Đơn giá máy thi công

gốc

Theo bảng tổng hợp nhân công và chênh lệch giá

23 142 959 744 MG

Chi phí trực tiếp VL + NC + M 42 107 562 869 T

II CHI PHÍ CHUNG T x 6.5% 2 216 991 586 C III THU NHẬP CHỊU

Bảng 3.10 Tổng hợp dự toán xây dựng khi xử lý đất yếu bằng

c ng như đi u kiện đi u kiện sẵn có v vật liệu, thiết bị, công nghệ tại địa phương thì phương án cọc i măng đất có đường kính 60 cm, khoảng cách bố trí là 3D = 1,8m được lựa chọn

Với các kết quả tính của cọc i măng đất đường kính 60cm, khoảng cách bố trí cọc 3D=1,8m gồm:

+ Hệ số an toàn giai đoạn khai thác là 2,142 > K =1,4 n n đảm bảo v độ ổn định

+ Độ lún tại tim đường là S=12,11 cm < [S] = 30cm n n đảm bảo v độ lún

Chọn cọc xi măng đất đường kính 60cm, khoảng cách bố trí cọc 3D = 1,8m để xử lý đất yếu cho công trình

3.5 Kết luận chương 3

ua phân tích trường hợp không xử lý n n để thấy rõ rằng với địa chất yếu Trì Bình – cảng Dung Quất cần thiết phải xử lý Việc so sánh kết quả tính toán theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000 và mô hình theo phương pháp phần tử hữu hạn trên Plaxis có kết quả gần tương đương nhau (sai số 3,45%)

Bằng phần m m Plaxis, luận văn đ xây dựng mô hình xử lý

n n đất yếu bằng cọc (cát và i măng đất) với các đường kính cọc (D30, D40, D50, D60) và khoảng cách cọc khác nhau (2D, 2,5D, 3D),

t đó ác định được các giá trị ng suất và chuyển vị, qua đó kết hợp

với khái toán để ta đưa ra được đường kính cọc và khoảng cách cọc hợp lý đảm bảo an toàn, ổn định và đem lại hiệu quả kinh tế cho công trình

Qua so sánh v chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho hai phương pháp gia cường n n đất yếu, luận văn lựa chọn phương pháp gia cường

n n đất yếu bằng cọc cát đường kính 40cm, khoảng cách bố trí cọc 2D = 80cm

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận

N n đắp tr n đất yếu là một trong những công trình xây dựng thường gặp Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng n n đắp tr n đất yếu vẫn là một vấn đ tồn tại và là một bài toán khó đối với người xây dựng, đặt ra nhi u vấn đ ph c tạp cần được nghiên c u xử lý nghi m túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của công trình Việc nghiên c u đ xuất đầu tư ây dựng tuyến đường Trì Bình - cảng Dung Quất theo qui hoạch thay thế cho tuyến đường Dốc Sỏi - Dung Quất đang y u cầu tiến độ rất gấp và có thể triển khai sớm vì

có tính chất vô cùng cần thiết cho sự phát triển của Khu kinh tế Dung Quất Các nội dung nghiên c u trong luận văn đ đạt được như sau:

- Phân tích được các tính năng, ưu nhược điểm và khả năng

ng dụng của biện pháp xử lý n n đất yếu ua đó dựa vào đi u kiện

đi u kiện sẵn có v vật liệu, thiết bị, công nghệ tại địa phương đ tập trung phân tích cơ sở lý thuyết hai biện pháp xử lý n n đất yếu bằng cọc đất gia cố i măng và cọc cát

- Trình bày sơ lược v khu kinh tế Dung Quất c ng như đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên c u nhằm phục vụ tính toán Qua khảo sát đánh giá sơ bộ, địa chất tuyến chủ yếu là các tầng lớp đất yếu Lớp 3B phân bố ở chi u sâu 13.5 ÷ 15.8m trong cấu trúc địa chất thuộc loại đất yếu, có khả năng chịu lực thấp Do đó khi ây dựng n n đường cần phải có biện pháp xử lý để tăng tính chịu lực của đất

- Phân tích trường hợp không xử lý n n để thấy rõ rằng với địa chất yếu Trì Bình – cảng Dung Quất cần thiết phải xử lý Việc so sánh kết quả tính toán theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000 và mô hình

theo phương pháp phần tử hữu hạn trên Plaxis có kết quả gần tương đương nhau(sai số 3,45%)

- Xây dựng mô hình xử lý n n đất yếu bằng cọc (cát và xi măng đất) với các đường kính cọc (D30, D40, D50, D60) và khoảng cách cọc khác nhau (2D, 2,5D, 3D) trên Plaxis T đó ác định được các giá trị ng suất và chuyển vị, qua đó kết hợp với khái toán để ta đưa ra được đường kính cọc và khoảng cách cọc hợp lý đảm bảo an toàn, ổn định và đem lại hiệu quả kinh tế cho công trình Qua so sánh

v chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho hai phương pháp gia cường n n đất yếu, luận văn lựa chọn phương pháp gia cường n n đất yếu bằng cọc cát đường kính 40cm, khoảng cách bố trí cọc 2D = 80cm

2 Kiến nghị

- Xử lý n n đất yếu bằng cọc cát đang được ng dụng thành công tại một số nước trên thế giới (Nhật Bản, Singapore, Malaysia ) Nghiên c u áp dụng cọc cát gia cố n n đất yếu là vấn

đ hoàn toàn khả thi và có ý nghĩa thiết thực trong trong xây dựng

n n đường đắp tr n đất yếu ở nước ta

- Nghiên c u v tính chất của cọc i măng đất trong n n đất yếu cần có các thí nghiệm để có thể xây dựng được mô hình tính toán dự đoán được các thuộc tính của vật liệu i măng đất phục vụ cho tính toán thông qua hàm lượng chất gia cố và đi u kiện tại chổ của đất n n

- Nghiên c u và phát triển mô hình toán có thể mô phỏng chính xác nhất sự làm việc của vật liệu đất - i măng, của n n đất xung quanh Nhằm khắc phục hạn chế v đi u kiện biên, phản ánh trạng thái ng suất - biến dạng thực của các cọc đất - i măng và đất

n n xung quanh khi chịu tải, t đó có thể đánh giá và đưa ra sơ đồ bố trí cọc đất - i măng một cách hiệu quả nhất

- Nghiên c u bổ sung v kiểm tra, đánh giá chất lượng gia cố

n n đất yếu bằng cọc cát; thiết bị và quy trình thi công cọc cát

- Kiến nghị với chủ đầu tư dự án đường Trì Bình – cảng Dung Quất đưa phương án tăng cường sức chịu tải của đất yếu bằng cọc cát, đường kính D=40cm; L=12,3m vào gia cố đảm bảo

độ lún, ổn định và hiệu quả kinh tế