Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu khu vực từ cầu sang trắng 2 đến ngã ba lộ tẻ ba xe Thành phố Cần Thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC Lập - Tự Do - Hạnh Phúc CHƯƠNG 1 : TÔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ HƯNG THỜI

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HÒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS ĐÕ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS LÊ VĂN PHA

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN CẢNH TUẤN

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại trưởng Đại Học Bách Khoa, ĐHQG

TP HCM, ngày 14 tháng 08 năm 2015 Thành phần Hội đông đánh giá luận vẳn thạc sỹ bao gôm:

1 Chủ tịch Hội đồng PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

2 Cán bộ nhận xét 1 TS LÊ VĂN PHA

3 Cán bộ nhận xét 2 TS NGUYỄN CẢNH TUẤN

4 Thư ký PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

5 ủy viên TS PHẠM VĂN HÙNG

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTXD

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

CHƯƠNG 1 : TÔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CÁT VÀ ĐỆM CÁT XỬ LÝ NỀN

ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ

CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẨN THƠ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢƠ

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 19 tháng 01 năm 2015

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 14 tháng 06 năm 2015

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ THANH HẢL

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QUẢN LÝ

TS ĐỖ THANH HẢI PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên học viên xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy, Cô trong Bộ Môn Địa

Cơ Nền Móng - khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã luôn quan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong thời gian học cũng như hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn thầy TS Đỗ Thanh Hải đã hướng dẫn em hoàn thành

luận văn này Các thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp em đưa ra nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia Đình lòng biết ơn sâu sắc Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thực tiễn

Trân trọng cám ơn !

Đỗ Hưng Thời

Ngày nay, mật độ dân cư của khu vực tuyến đường được nghiên cứu thì ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại của người dân địa phương ngày càng cao Nhưng bề rộng của nền đường hiện hữu không đủ để đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân Vì vậy việc nâng cấp và mở rộng nền đường mới bên cạnh nền đường hiện hữu là hết sức cần thiết, việc lựa chọn giải pháp nào để gia cố nền đường mới cũng như hạn chế sự lún lệch giữa hai nền đường cũng rất quan họng Đề tài này tập trung nghiên cứu, phân tích và tính toán sự làm việc của các giải pháp, tính toán lún nền đường bằng phương pháp giải tích,

có sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để để phân tích, tính toán và so sánh với kết quả giải tích đưa ra một số kết quả như sau: Vùng mất ổn định điểm khi phân tích và tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả độ sâu và bề rộng của vùng mất ổn định điểm lớn hơn kết quả giải tích là 40%, chiều sâu của đệm cát tăng 1,2 và bề rộng tăng 1,1 thì mức độ cố kết của đất nền tăng 6% Khoảng cách giữa các cọc cát tăng 13% và 25% thì độ lún của đất nền giảm 14% và 10%, chiều dài của cọc cát tăng từ 9%

và 14% thì độ lún của đất nền tăng 5% và 11% Độ xáo trộn của đất nền tăng 6 lần, kx

= 2,50.ky thì độ lún của đất nền giảm 6%, kết quả phân tích, tính toán chiều cao đất đắp

để gia tải trước cho nền đường mới bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả lớn hơn phương pháp giải tích là 50% Khi mà chiều cao đất đắp gia tải trước tăng 25% và 50% thì hệ số ổn định mái dốc Msf của đất đắp nền đường giảm 16% và 5%

Nowadays, the population density of routed area is developing; the traveled needs of local people are increasingly rising But the wide of existing road embankment wasn’t enough to travel of resident So the upgrade and expansion of the new road embankments next to the existing road embankment is essential, how is the selection of the solution to improve the new road embankment as well as limiting the settlement deviation between two road embankments is also very important This topic concentrates on research analyzes and calculations the work of the solution, calculated settlement road embankment by analytical methods, to have used the finite element method to analyze, calculate and compare with analytical method to give some results

as following : When the zone of loose point is analyzed and calculated by the finite element method to give the results of depth and wide of the zone of loose point is greater the results of analytical method are 40%, the depth and wide of sand cushion increases 1.2 and 1.1 are increasing the level of consolidation of the ground 6% The distance of sand piles increases 13% and 25% are decreasing the settlement of the ground 14% and 10%, the length of sand piles increases 9% and 14% are increasing the settlement of the ground 5% and 11% The disturbance of the ground increases 6 and kx = 2.50ky are decreasing the settlement of the ground 6%, the analytical and calculated results the height cover soil to preloading the new ground by the finite element method to give greater results the analytical method is 50% When the embankment height of preloading increase 25% and 50% is the slope stabilization coefficient Msf of the road embankment cover soil decrease 16% and 5%

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ’ là công trình

nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu trong luận văn là trung thực

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này

TP.HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015

ĐỖ HƯNG THỜI Học viên cao học khóa 2013 Chuyên ngành : Kỹ Thuật Xây Dụng Công Trình Ngầm Truờng Đại Học Bách Khoa TP HCM

XX

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG

4

1.1 ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu 4

1.1.1.1

Khái niệm đất yếu 4

1.1.1.2

Phân loại đất yếu 4

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái của đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 5

1.1.3 Trạng thái vật lý của đất 7

1.1.4 Các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu 9

1.1.4.1 về ổn định 9

1.1.4.2 về độ lún 9

1.1.4.3 Các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu 10

1.1.4.3.1 Những phá hoại quan sát được 10

vi

1.1.4.3.1

Những phá hoại quan sát được 11

1.1.4.3.2 Sự phát triển của các hư hỏng 12

1.1.5 Các vấn đề về biến dạng 12

1.2 TÔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 13

1.2.1 Tổng quan về giải pháp cọc cát để xử lý nền đất yếu 13

1.2.1.1

Lịch sử phát triển 13

1.2.1.2 Phạm vi sử dụng 13

1.2.1.3 Trình tự thi công 13

1.2.1.4 Hạn chế của cọc cát 15

1.2.2 Tổng quan về giải pháp đệm cát để xử lý nền đất yếu 15

1.2.2.1 Lịch sử phát triển 15

1.2.2.2 Phạm vi sử dụng 15

1.2.2.3 Trình tự thi công 16

1.2.2.4 Hạn chế của đệm cát 17

1.3 CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT YẾU 17

1.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 20

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC CÁT VÀ ĐỆM CÁT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẮT YẾU 21

2.1 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN NỀN ĐƯỜNG

21

2.1.1 Xác định tải trọng tính toán nền đường theo 22 TCN 262 - 2000 21

2.1.2 Lý thuyết xác định chiều cao phòng lún và chiều cao đất đắp 22

vii

2.1.3 Lý thuyết kiểm tra ổn định điểm dưới nền đất đắp 22

2.2 MÔ PHỎNG BÀI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

23

2.2.1 Lý thuyết tính toán 23

2.2.1.1 Các bước mô phỏng trong phần mềm Plaxis 2D version 8.5 23

2.2.1.2

Xác định độ cố kết trong mô phỏng phần mềm Plaxis 2D Version 8.5 24

2.2.1.3 Bài toán mô phỏng 25

2.2.2 Các giai đoạn khai báo trong phương pháp phần tử hữu hạn 26

2.3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN cọc CÁT 28

2.3.1 Đường kính có hiệu của cọc cát 28

2.3.2 Tỷ số diện tích thay thế 28

2.3.3 Hệ số tập trung ứng suất n 30

2.3.4 Tỷ số ứng suất 30

2.3.5 Khả năng chịu tải trọng tới hạn của cọc vật liệu rời 31

2.3.6 Độ cố kết và độ lún của đất nền ở thời điểm t 32

2.4 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỆM CÁT 32

2.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 34

CHƯƠNG 3 : ÚNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA LỘ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ 35

3.1 GIỚI THỆU TUYẾN ĐƯỜNG TỪ KHU VỰC CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA Lộ TẺ BA XE THÀNH PHỐ CẦN THƠ 35

3.1.1 Giới thiệu chung 35

3.1.2 Phạm vi công trình 36

viii

3.1.3 Điều kiện khí tượng và thủy văn khu vực nghiên cứu 36

3.1.3.1 Điều kiện khí tượng 36

3.1.3.2 Điều kiện thủy văn 37

3.1.4 Quy mô và các thông số kỹ thuật công trình 38

3.1.4.1 Cấp đuờng 38

3.1.4.2 Thông số kỹ thuật công trình 38

3.1.4.3

Mặt cắt ngang công trình 40

3.1.5 Điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu 40

3.2 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN NỀN ĐƯỜNG HỆN HỮU 46

3.2.1 Phân tích, tính toán độ sâu và bề rộng của lớp đệm cát duới nền đuờng hiện hữu bằng phuơng pháp giải tích 46

3.2.2 Phân tích, tính toán độ sâu và bề rộng của tầng đệm cát bằng phuơng pháp phần tử hữu hạn 55

3.2.3 Phân tích, tính độ lún ổn định và độ lún theo thời gian t của đất nền bên duới nền đuờng hiện hữu bằng phuơng pháp giải tích 56

3.2.3.1 Độ lún ổn định của đất nền 56

3.2.3.2 Độ lún của lớp đất sét bên duới nền đuờng hiện hữu theo thời gian t

60

3.2.4 Phân tích, tính toán giải pháp đệm cát để gia cố nền đường hiện hữu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 64

3.3 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN NỀN ĐƯỜNG NÂNG CẤP MỎ RỘNG BÊN CẠNH NỀN ĐƯỜNG HỆN HỮU 68

3.3.1 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng bằng phương pháp giải tích 68

3.3.2 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

ix

70

3.3.3 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng có gia cố cọc cát bằng phương pháp

giải tích 72

3.3.4 Phân tích, tính toán nền đường mở rộng có gia cố cọc cát bằng phương pháp phần tử hữu hạn 85

3.3.4.1 Trường hợp 1 : Mô phỏng cọc cát như là một lớp đất cát thoát nước 85

3.3.4.2 Trường hợp 2 : Mô phỏng cọc cát bằng phần tử thoát nước Drain 88

3.3.5 Phân tích, tính toán ảnh hưởng chiều dài của cọc cát và độ xáo trộn của đất đến độ cố kết của đất nền 90

3.3.5.1 Phân tích, tính toán ảnh hưởng chiều dài của cọc cát đến độ cố kết của đất nền bằng phương pháp giải tích 90

3.3.5.2 Phân tích, tính toán ảnh hưởng chiều dài của cọc cát đến độ lún của đất nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn 92

3.3.5.3 Phân tích, tính toán ảnh hưởng độ xáo trộn đến độ cố kết của đất nền bằng phương pháp giải tích 93

3.3.5.4 Phân tích, tính toán ảnh hưởng độ xáo trộn đến độ lún của đất nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn 97

3.4 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN sự LÚN LỆCH GIỮA NỀN ĐƯỜNG NÂNG CẤP MỞ RỘNG VÀ NỀN ĐƯỜNG HIỆN HỮU 101

3.4.1 Phân tích, tính toán sự lún lệch giữa nền đường nâng cấp mở rộng và nền đường hiện hữu bằng phương pháp giải tích 101

3.4.2 Phân tích, tính toán sự lún lệch giữa nền đường nâng cấp mở rộng và nền đường hiện hữu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (mô phỏng cọc cát bằng phần tử thoát nước Drain) 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

1 KẾT LUẬN 108

2 KIẾN NGHỊ 109

x

3 HƯỚNG NGHIÊN cứu TIẾP THEO 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

Eo Kpa : Module biến dạng của đất

G Kpa : Module đàn hồi biến dạng cắt của đất

Ho m : Chiều dài ban đầu của lớp đất

: Mức độ cố kết theo phương ngang

: Độ cố kết theo phương xuyên tâm

: Độ cố kết tổng hợp

: Độ ẩm tự nhiên

: Góc ma sát trong của đất

: Góc ma sát trong trong điều kiện thoát nước của

: Dung trọng tự nhiên của đất

: Dung ttọng khô của đất

: Dung ttọng bão hòa của đất : Hệ số phân bố ứng suất : ứng suất do trọng lượng bản thân của đất : ứng suất do tải trọng ngoài gây ra

12

: Độ xáo trộn của đất nền

: Nhân tố thời gian theo phương đứng

: Nhân tố thời gian theo phương ngang

: Bề rộng nền, móng tính đổi quy ước : Chiều dài và chiều rộng của nền, móng thiết kế : Hệ số điều kiện làm việc của đất

: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền

Cl : Hằng số phụ thuộc dạng bố trí cột vật liệu rời

: Đường kính của cọc vật liệu rời

: Bán kính của cọc vật liệu rời

: Khoảng cách giữa hai tim cọc vật liệu rời

: Diện tích ngang của cột vật liệu rời

: Diện tích ngang của đất yếu xung quanh cột : Hệ số tập trung ứng suất

: Tỷ số ứng suất trong cọc với ứng suất trung bình : Tỷ số ứng suất trong đất nền với ứng suất trung

: ứng suất trung bình cho phép

: Nhân tố ảnh hưởng đến khoảng cách bố trí của cọc

13

: Hệ số điều kiện làm việc của công trình trong tác

: Bề rộng đáy đệm vật liệu rời

: Độ lún của đệm vật liệu rời

14

DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÈ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG HÌNH ẢNH:

Hình 1.1 Nền đất yếu bị lún trượt trồi 11

Hình 1.2 Nền đất yếu bị lún trượt sâu 11

Hình 1.3 Xử lý nền đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe bằng cọc cát 14

Hình 1.4 Thiết bị thi công cọc cát tuyến đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe 14

Hình 1.5 Xử lý nền đường từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe bằng đệm cát 16

Hình 1.6 Thiết bị thi công đệm cát từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe 17

BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của đất yếu 4

Bảng 1.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1 5

Bảng 1.3 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2 6

Bảng 1.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 3 6

Bảng 1.5 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 4 6

Bảng 1.6 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 5 7

Bảng 1.7 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 6 7

Bảng 1.8 Phân loại độ chặt của đất rời theo hệ số rỗng e 7

Bảng 1.9 Phân loại đất dính theo Ip 8

Bảng 1.10 Đánh giá trạng thái của đất dính theo độ nhão IL 8

XX

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN cọc CÁT VÀ ĐỆM CÁT xử LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

HÌNH ẢNH:

Hình 2.1 Sơ đồ xếp tải trọng xe tác dụng lên nền đường 22

Hình 2.2 Sơ đồ kiểm tra ổn định điểm bên dưới nền đất đắp cao 22

Hình 2.3 Bố trí cọc cát theo lưới ô vuông và phạm vi nén chặt của đất nền 29

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí cọc cát theo lưới tam giác đều 29

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán đệm vật liệu rời 32

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG xử LÝ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU Vực TỪ CẦU SANG TRẮNG 2 ĐẾN NGÃ BA Lộ TẺ BA XE, THÀNH PHỐ CẦN THƠ: HÌNH ẢNH Hình 3.1.Mặt cắt địa chất công trình 46

Hình 3.2 Sơ đồ xếp tải xe tác dụng lên nền đường 46

Hình 3.3 Vị trí các điểm kiểm tra ổn định bên dưới nền đường 53

Hình 3.4 Vùng đất mất ổn định điểm bên dưới nền đất đắp cao 53

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán đệm cát 54

Hình 3.6 Mô hình lưới phần tử trong trường hợp nền đường hiện hữu 55

Hình 3.7 Vùng đất mất ổn định điểm của đất nền bên dưới nền đường hiện hữu 55

Hình 3.8 Sơ đồ tính lún của đất nền theo thời gian t 60

Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún t(năm) 62

xvi

Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún

Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết Uy (%) và thời gian t(năm) khi thay đổi kích thuớc của đệm cát 63 Hình 3.12 Mô hình luới phần tử của đất nền được xử lý bằng đệm cát z=5m, B=30m 64 Hình 3.13 ứng suất hữu hiệu của đất nền trong trường hợp z=5m, B=30m 65 Hình 3.14 Tổng chuyển vị của nền đất trong trường hợp z=5m, B=30m 65 Hình 3.15 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp z=5m, B=30m ở thời điểm t =

3 (năm) 66 Hình 3.16 Mô hình lưới phần tử trường hợp z=6m, B=34m 67 Hình 3.17 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp z = 6m, B = 34m 67 Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún của đất nền theo thời gian St(m) và thời gian t(ngày) khi thay đổi kích thước của đệm cát 68 Hình 3.19 Sơ đồ tính nền đường mở rộng chưa được gia cố nền bên cạnh nền đường hiện hữu 68 Hình 3.20 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún t(năm) 70 Hình 3.21 Mô hình lưới phần tử của đất nền bên dưới nền đường mở rộng 70 Hình 3.22 Tổng chuyển vị của đất nền bên dưới nền đường mở rộng 71 Hình 3.23 Tổng chuyển vị của đất nền bên dưới nền đường mở rộng ở thời điểm t = 70(năm) 71 Hình 3.24 Sơ đồ bố trí cọc cát gia cố nền đường mở rộng 72 Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao đất đắp H(m) và hệ số tập trung ứng suất n 75 77 Hình 3.27 Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách các cọc cát S(m) và chiều cao đất đắp H(m), khi thay đổi đường kính của cọc cát D(m), hệ số tập trung ứng suất n =6 78

xviii

Hình 3.38 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún St(m) và thời gian t(ngày) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 87 Hình 3.39 Mô hình luới phân tử ứng với cọc cát r = 0.40m, s = 1.44m 88 Hình 3.40 ứng suất hữu hiệu của đất nền sau khi xử lý bằng cọc cát r = 0.40m, s = 1.44m 89 Hình 3.41 Tổng chuyển vị của đất nền sau khi xử lý bằng cọc cát r = 0.40m, s = 1.44m 89 Hình 3.42 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún St(m) và thời gian t(ngày) 90 Hình 3.43 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết UVjr(%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi chiều dài của cọc cát 91 Hình 3.44 Mô hình luới phần tủ trong trường hợp cọc cát r = 0.40m, s = 1.44m, L

= llm 92 Hình 3.45 Mô hình lưới phần tử trong trường hợp cọc cát r = 0.40m, s = 1.44m, L

= 12m 92 Hình 3.46 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún St(m) và thời gian t(ngày) khi thay đổi chiều dài của cọc cát 93 Hình 3.47 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết U(%) và thời gian t(tháng) khi có xét đến ảnh hưởng của độ xáo trộn 96 Hình 3.48 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian st(cm) và thời gian t(tháng) khi

có xét đến ảnh hưởng của độ xáo trộn 96 Hình 3.49 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =1, kx = 2,50ky 98 Hình 3.50 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =4, kx = 2,50ky 99 Hình 3.51 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =5, kx = 2,50ky 99 Hình 3.52 Tổng chuyển vị của đất nền trong trường hợp s =6, kx = 2,50ky 100 Hình 3.53 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún st(m) và thời gian t(ngày) khi xét đến độ xáo ttộn của đất nền 100 Hình 3.55 Biểu đồ quan hệ giữa độ cố kết UVjr(%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách của các cọc cát 103

xix

Hình 3.54 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm) và thời gian lún

t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 102 Hình 3.56 Mô hình luới phần tử khi gia tải trước nền đường mở rộng bằng khối đất sét đắp cao H = 2(m), xử lý nền bằng cọc cát r = 0,40(m), s = l,44(m) 104 Hình 3.57 Ôn định mái dốc nền đất đắp cao H = 2.50(m), xử lý nền bằng cọc cát r = 0,40(m), s = l,44(m) 105 Hình 3.58 Ôn định mái dốc nền đất đắp cao H = 3(m), xử lý nền bằng cọc cát r = 0,40(m), s = l,44(m) 105 Hình 3.59 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị lún st(m) và thời gian t(ngày) khi thay đổi chiều cao đất đắp gia tải trước 106 Hình 3.60 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số ổn định mái dốc Msf và U(m) khi thay đổi chiều cao đất đắp gia tải 106

BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Mực nước ứng với các tần suất thiết kế tại trạm khu vực cần Thơ 38 Bảng 3.2 Mực nước ứng với các tần suất thiết kế tại cầu Trà Nóc,Sang Trắng l,Sang Trắng 2 38 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật công trình 38 Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đất đắp nền đường 41 Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đệm cát 42 Bảng 3.6 Ket quả thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct shear test)của lớp đệm cát 42 Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của cọc cát 42 Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đất 2 44 Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm nén cố kết (Oedmeter test) của lớp đất 3 45

XX

Bảng 3.10 Kết quả tính toán tải trọng xe tác dụng lên nền đường 47 Bảng 3.11 Bảng kiểm tra ổn định điểm cho các điểm còn lại 49 Bảng 3.12 ứng suất do trọng tải trọng ngoài gây ra 56 Bảng 3.13 Tính tổng độ lún theo các lớp phân tố 57 Bảng 3.14 Kết quả tính toán độ lún ổn định của lớp đất sét 60 Bảng 3.15 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St (cm) và thời gian t(năm) 61 Bảng 3.16 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm), độ cố kết Uy(%) theo thời gian t(năm) khi thay đổi kích thước của đệm cát 62 Bảng 3.17 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St (cm) và thời gian t(năm) 69 Bảng 3.18 Các thông số tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc cát 73 Bảng 3.19 Quan hệ giữa chiều cao đất đắp H(m) và hệ số tập trung ứng suất n 75 Bảng 3.20 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n = 7 75 Bảng 3.21 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=6 77 Bảng 3.22 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=5 79 Bảng 3.23 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=4 80 Bảng 3.24 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính D(m) và khoảng cách S(m) của các cọc cát, hệ số tập trung ứng suất n=3 82 Bảng 3.25 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian st (cm), độ cố kết Uvr (%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 83 Bảng 3.26 Bảng tính độ cố kết của đất nền Uvr(%) theo thời gian t(tháng) khi thay đổi chiều dài của cọc cát 91

xxi

Bảng 3.27 Bảng tính độ cố kết U(%) và độ lún theo thời gian St(cm) khi xét đến độ xáo trộn của đất nền s 95 Bảng 3.28 Hệ số thấm tương đương ứng với kh = 2,5ks của lớp đất 2 97 Bảng 3.29 Hệ số thấm tương đương ứng với kh = 5ks của lớp đất 2 98 Bảng 3.30 Quan hệ giữa độ lún theo thời gian St(cm), độ cố kết theo thời gian

Uv>r(%) và thời gian t(tháng) khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc cát 102 Bảng 3.31 Bảng so sánh kết quả chiều đất đắp gia tải trước H(m) và thời gian gia tải trước t(ngày) để hạn chế sự lún lệch giữa nền đường hiện hữu và nền đường nâng cấp

mở rộng, nền đường mở rộng được xử lý bằng giải pháp cọc cát 107

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐÈ TÀI:

Việc nghiên cứu các giải pháp đề xử lý nền đường trên nền đất yếu cũng như khắc phục hiện tượng lún lệch giữa nền đường mở rộng và nền đường hiện hữu là hết sức cần thiết Trong những trường hợp như trên, yêu cầu đặt ra khi thi công các công trình giao thông là phải rút ngắn thời gian lún của đất nền để sau khi hoàn thành thi công xây dựng

và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó không được vượt quá giới hạn cho phép theo quy phạm thiết kế và đảm bảo độ lún ổn định nền đường mở rộng và nền đường hiện hữu là như nhau Một vấn đề cần phải quan tâm ở đây là phần lớn các tuyến đường đều đắp cao trên nền đất yếu và sự lún lệch giữa nền đường mới và nền đường hiện hữu là rất lớn, dể gây ra sự cố cho xe lưu thông trên tuyến đường, nên việc xử lý nền đường mở rộng để hạn chế hiện tượng lún lệch là rất quan trọng

Hiện tại Đồng Bằng Sông Cửu Long đang được đầu tư khá lớn vào phát triển xây dựng, mở rộng và nâng cấp các công trình giao thông huyết mạch phục vụ đời sống dân sinh, giao lưu kinh tế giữa các vùng, miền, đa số các công trình này đều được xây dựng trên nền đất yếu, địa chất rất phức tạp Nên việc xử lý nền đất yếu bên dưới nền đường đắp cao là rất quan trọng

Ở nước ta hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu khảo sát cụ thể để đánh giá mức độ tổn thất do vấn đề này gây ra Đã có nhiều công trình nghiên cứu, đưa ra giải pháp xử

lý, song vẫn chưa khắc phục được vấn đề một cách triệt để

Do vậy, để đảm bảo khả năng khai thác các tuyến đường nâng cấp mở rộng thì việc nghiên cứu đảm bảo chuyển tiếp hài hòa giữa nền đường hiện hữu và nền đường

mở rộng là một việc cấp thiết và cấp bách Đó là lý do tác giả chọn đề tài “ Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu khu vực từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe thành phổ cần Thơ”

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN cứu CỦA ĐÈ TÀI:

Việc nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đường khu vực từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe nhằm giúp cho các học viên có được các kiến thức cần

2 thiết để lựa chọn các giải pháp kỹ thuật để xây dựng các công trình giao thông một cách hiệu quả, tính toán thiết kế các giải pháp gia cố nền đất yếu bằng phương pháp giải tích,

mô phỏng bài toán cọc cát và đệm cát bằng phương pháp phần tử hữu hạn, đưa ra được các ảnh hưởng của đường kính cọc, khoảng cách giữa các cọc, chiều sâu đặt chân cọc cát, chiều dày và bề rộng của lớp đệm cát đến khả năng chịu tải và chuyển vị lún theo phương đứng của đất nền sau khi được xử lý bằng các giải pháp được đề cập đến, độ xáo trộn và tính cản thấm của đất trong quá trình thi công

Nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát và độ xáo trộn của đất nền, chiều dày, bề rộng của lớp đệm cát đến khả năng chịu tải, độ ổn định và chuyển vị lún của đất nền

Ảnh hưởng của độ xáo trộn đất nền khi thi công bằng các giải pháp được nêu ở trên đến mức độ cố kết của nền đất

So sánh kết quả mô phỏng ảnh hưởng của các tham số so với các cơ sở lý thuyết tính toán

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THựC TIỄN CỦA ĐÈ TÀI:

Xuất phát từ sự thành công khi áp dụng các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu của các dự án xây dựng công trình giao thông như : Cảng Hàng Không Quốc Tế Cần Thơ, đường Võ Văn Kiệt thành phố cần Thơ , tuyến đường Nam Sông Hậu, quốc

lộ 91 thành phố Cần Thơ, các đường dẫn đầu cầu Cần Thơ, đại lộ Đông Tây thành phố

Hồ Chí Minh, đường dẫn đầu cầu Trà Nóc, Sơn Trắng 1 thành phố Cần Thơ Học viên nhận thấy cần thiết phải có những nghiên cứu và hiểu biết sâu sắc hơn về các giải pháp

xử lý nền đất yếu bên dưới nền đường đắp cao Kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ giúp cho các kỹ sư có được những hiểu biết sâu sắc hơn về các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu khi xây dựng các công trình giao thông phục cho sự thông thương giữa các vùng miền, góp phần làm tăng trưởng nền kinh tế của nước nhà Đồng thời có thêm sự lựa chọn một giải pháp xử lý nền phù hợp với điều kiện địa chất, địa hình và tính khả thi khi thi công nhằm mang lại hiệu quả kinh tế nhất

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu và các cơ sở lý thuyết tính toán trong và ngoài nước về các giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát và đệm cát Sử dụng phương pháp

3 phần tử hữu hạn mô phỏng các bài toán bằng cọc cát và đệm cát để xử lý đất nền bên dưới nền đường đắp cao

Dùng các bài toán giải tích để khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số chiều dày,

bề rộng của lớp đệm cát, đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát và độ xáo trộn của đất nền đến sự làm việc của các giải pháp

Sử dụng phần mềm Plaxis 2D version 8.5 để khảo sát ảnh hưởng của đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát và độ xáo trộn của đất nền Chiều dày, bề rộng của lớp đệm cát đến khả năng chịu tải, độ ổn định và chuyển vị lún theo phương đứng của đất nền

So sánh các kết quả thu được từ các giải pháp, để xuất các giải pháp thích hợp

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN cứu :

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là các công trình xây dựng Giao Thông có sử dụng các biện pháp cọc cát và đệm cát để xử lý nền đường đắp cao trên nền đất yếu Nghiên cứu sức chịu tải, độ ổn định, tốc độ cố kết, chuyển vị lún của đất nền sau khi sử dụng các giải pháp có xét đến ảnh hưởng của các tham số đường kính, khoảng cách, chiều dài của cọc cát cũng như cách bố trí, chiều dày và bề rộng của lớp đệm cát ứng dụng các giải pháp để thiết kế cho công trình thuộc dự án nâng cấp và mở rộng quốc lộ

91 khu vực từ Cảng Hàng Không Quốc Tế cần Thơ đến Cái Sắn cụ thể là đoạn Kml3+000 - Kml4+000 khu vực từ cầu Sang Trắng 2 đến Ngã Ba Lộ Tẻ Ba Xe

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÈ CÁC GIẢI PHÁP xử LÝ

NÈN ĐƯỜNG

1.1 ĐẤT YẾU Ở KHU Vực ĐỒNG BÀNG SÔNG cửu LONG VÀ CÁC VẤN

ĐÈ ĐẶT RA KHI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU :

1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu :

1.1.1.1 Khái niệm đất yếu :

Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (sức kháng nén đơn qu = 0.5 4- 1 (daN/cm2) có tính nén lún lớn (a > 0.1cm2/daN), hầu nhu bão hòa nuớc, có hệ số rỗng lớn (e > 1), module biến dạng đàn hồi thấp (thuờng thì Eo = 50daN/cm2), sức chống cắt

4 nhỏ Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dụng công trình trên nền đất yếu sẽ phải đối diện với nhiều vấn đề rất khó khăn hoặc không thể thực hiện đuợc

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình w = 85 4- 95% và

có thể lên tới vài trăm phần trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún a = 3 + 10cm2/daN, "rì thế thuờng phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu đất cao ít nhất 40 + 50cm[3]

1.1.1.2 Phân loại đất yếu :

Việc phân loại đất yếu được dựa theo nguồn gốc cấu thành, chúng gồm hai nhóm : Nguồn gốc khoáng vật và nguồn gốc hữu cơ

Loại có nguồn gốc khoáng vật : Thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở

ven biển, vùng vịnh, đàm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình ừầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể lên tới 10 4- 12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất sét yếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy

Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của đất yếu

5

II e <p (Degree) c (daN/cm2) cu (daN/cm2) qc(daN/cm2) N

> 1 > 1 < 10° <0,15 <0,35 <0,10 <5 Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1, độ bão hòa Sr > 80%)

Loại có nguồn gốc hữu cơ : Thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích động

thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rửa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các ưàm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 + 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định

là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như nói trên

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng : Hàm lượng hữu cơ từ 20 + 30%

Hàm lượng hữu cơ từ 30 60%

Hàm lượng hữu cơ trên 60%

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái của đất yếu ờ khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long :

* Tham khảo báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình Bệnh Viện Đa Khoa Thành Phố cần Thơ, do công ty cổ phần tư vấn và đầu tư xây dựng Tây Đô khoan khảo sát địa chất, thì địa tầng khu vực được phân bố như sau:

+ Lớp 1 : Sét màu xám, ttạng thái chảy

Bảng 1.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1 Tên chỉ tiêu Chiều

dày

Dung ttọng

TN

Góc ma sát ttong