Nghiên cứu các biện pháp, công nghệ trong xử lý gia cố nền móng công trìnhcho đất đắp vùng lấn biển

Chương 3: Nghiên cứu về đất nền trong việc vận dụng công nghệ đầm sâu bằng rung động trong thiết kế các giải pháp gia cố nền móng công trình xây dựng ở vùng lấn biển.. + Các giải pháp g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHÙNG VĂN PHONG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP, CÔNG NGHỆ TRONG XỬ LÝ GIA CỐ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH CHO ĐẤT ĐẮP

VÙNG LẤN BIỂN

CHUYÊN NGÀNH: CẦU,TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT

MÃ SỐ NGÀNH: 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2005

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS Lê Bá Khánh

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: GS,TSKH Lê Bá Lương

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2:………

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : PHÙNG VĂN PHONG PHÁI : NAM

NGÀY THÁNG NĂM SINH : 16 – 08 – 1978 NƠI SINH : BÌNH ĐỊNH

CHUYÊN NGÀNH : CẦU,TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT MÃ SỐ HỌC VIÊN: 00103023

I - TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP, CÔNG NGHỆ TRONG XỬ LÝ GIA CỐ

NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH CHO ĐẤT ĐẮP VÙNG LẤN BIỂN

II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nhiệm vụ:

1.1 Nghiên cứu về công nghệ đầm sâu bằng rung động (Vibro - compaction)

1.2 Nghiên cứu về giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá có vận dụng công nghệ đầm sâu rung động

1.3 Aùp dụng giải pháp gia cố nền bằng cọc đá, thiết kế gia cố nền cho công trình bãi chứa có tải trọng q = 50 KN/m2 xây dựng ở vùng biển miền trung nước ta (cảng Chu Lai Tỉnh Quảng Nam)

2 Nội dung :

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương 2: Nghiên cứu về công nghệ đầm sâu bằng rung động (Vibro - compaction) trong

gia cố nền móng công trình đất đắp ở vùng lấn biển

Chương 3: Nghiên cứu về đất nền trong việc vận dụng công nghệ đầm sâu bằng rung

động trong thiết kế các giải pháp gia cố nền móng công trình xây dựng ở vùng lấn biển

Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng cộng nghệ đầm sâu rung động trong thiết kế gia cố nền

móng công trình trên nền đất đắp vùng lấn biển

Chương 5:Áp dụng giải pháp gia cố nền bằng cọc đá, thiết kế gia cố nền cho công trình

bãi chứa có tải trọng q = 50 KN/m2 xây dựng ở vùng biển miền trung nước ta (cảng Chu Lai Tỉnh Quảng Nam)

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 : TS LÊ BÁ KHÁNH

VI - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: GS, TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

VII - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN 1 :

VIII - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN 1 :

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẦN 2 BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS LÊ BÁ KHÁNH GS,TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm

đỡ, hướng dẫn tận tình của các thầy cô, gia đình, bạn bè và tất cả đồng nghiệp trong suốt thời gian qua Trong lúc này đây tôi không biết nói gì hơn, xin dành những lời cảm ơn gửi đến họ như một tình cảm chân thành nhất

Tôi xin chân thành cảm ơn Cha, Mẹ và gia đình, những người đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các thầây cô của Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh nói chung, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng nói riêng mà đặc biệt là các Thầy, Cô của Bộ Môn Cầu Đường đã tận tâm truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong nghề nghiệp chuyên môn cũng như trong cuộc sống

Tôi xin dành sự cảm ơn đặc biệt kính gửi đến Thầy GS,TSKH Lê Bá Lương,

TS Lê Bá Khánh đã nhọc công hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này

Xin trân trọng dành những tình cảm thân mến đến các người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn rất nhiều!

Học viên: Phùng Văn Phong

xây dựng, Tuy nhiên hầu hết các giải pháp gia cố nền đang áp dụng ở nước ta hiện này hầu như chưa chú trọng đến việc làm gia tăng cường độ nền đất vật liệu rời Xuất phát từ nhu cầu đó trong nội dụng nghiên cứu của luận văn này nhằm đưa ra một số giả pháp, công nghệ gia cố cho nền đất vật liệu rời

+ Các giải pháp gia cố nền được nghiên cứu trong luận văn này là giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá (cọc vật liệu rời)

+ Công nghệ được nghiên cứu trong luận văn này là công nghệ đầm sâu bằng rung động (Vibro-compaction)

Thông qua nghiên cứu về công nghệ đầm sâu bằng rung động ta nhận thấy lý thuyết hợp lý để áp dụng trong nội dung của đề tài đó là lý thuyết động của đất Từ đó làm cơ sở để thiết kế lưới gia cố cho các giải pháp gia cố nền trên

Aùp dụng giải pháp gia cố nền bằng cọc đá để tính toán gia cố nền cho công trình bãi chứa có tải trọng phân bố đều với cường độ q = 50 KN/m2 xây dựng ở vùng cảng Chu Lai Tỉnh Quảng Nam

Nowadays, there are a lot of solutions, technologys for strengthen of constructon’s soil However, most of these solutions which is appling in Viet Nam to day, harly to note for strengthen of grain material Beginning from request in the content of this thesis to introduce some solutions, technologys for strengthen of grain material soil

+ These solutions for strengthen of grain material are researched in the thesis those are vibro – compaction’s solution and stone columns’s solution

+ The technology is researched in this thesis that is vibro–compaction’s technology

Passing to research the vibro–compaction’s technology seeing the theory is suitable for appling in this thesis that is a soil’s dynamic and that is a basic to design grid for strengthen of grain material soil

Using stone columns’s solution to calculate for strengthening soil’s ground constructions of storehouse having load q = 50KN/m2 in the Chu Lai harbour of Quang Nam province

MỤC LỤC

Phần A: Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Trang 3

Phần II: Nghiên cứu đi sâu và phát triển Trang 12

Chương 2: Nghiên cứu về công nghệ đầm sâu bằng rung động (vibro-compaction) trong gia cố nền móng công trình đất đắp ở vùng lấn biển Trang 12

Chương 3: Nghiên cứu về đất nền trong việc vận dụng công nghệ đầm sâu bằng rung động trong thiết kế các giải pháp gia cố nền móng công trình xây dựng ở

Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng cộng nghệ đầm rung động trong thiết kế gia cố nền móng công trình trên nền đất đắp vùng lấn biển Trang 58

Chương 5: Aùp dụng giải pháp gia cố nền bằng cọc đá, thiết kế gia cố nền cho công trình bãi chứa có tải trọng q=50 kn/m2 xây dựng ở vùng biển miền trung nước ta

Phần B: Kết quả thí nghiệm và hình ảnh minh họa:

Tóm tắc lý lịch trích ngang

MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong tình hình và điều kiện nước ta ngày nay các giải pháp gia cố nền đang áp dụng có rất nhiều Tuy nhiên, các giải pháp trên chỉ thích hợp trong một số chừng mực nhất định nào đó Trong các trường hợp đặc biệt khác các giải pháp này tỏ ra không hiệu quả hoặc không đáp ứng những mong muốn của con người Để thấy rõ hơn vấn đề này thông qua việc tìm hiểu các nội dung sau đây:

I Các giải pháp gia cố nền cổ điển dùng ở nước ta:

1 Giải pháp làm tăng tốc độ cố kết nền dẫn đến tăng khả năng mang tải 1.1 Cọc cát

2.4 Cọc khoan nhồi

II Những hạn chế của các giải pháp gia cố trên

Các giải pháp trên vần còn hạn chế cho một số loại đất nền, trong một số trường hợp nền đất là loại vật liệu rời khi đó các giải pháp trên không còn pháp huy tính năng hoặc không mang tính kinh tế không cao, chẳng hạn như xử lý nền móng cho các công trình trên nền đất đắp vùng lấn biển, khi mà nền móng công trình chủ yếu là vật liệu rời, có chiều sâu rất lớn và các tác động của điện kiện bất lợi của môi trường Trong bói cảnh đó, việc tìm ra các giải pháp hợp lý và một công nghệ phù hợp mang một ý nghĩa quyết định Đồng thời giúp cho các kỹ sư công trình có một hướng giải quyết thích hợp cho nền móng công trình

III Công nghệ và các giải pháp nền mới được nêu ra nhằm khắc phục những nhược điểm bên trên:

Với ý nghĩa như trên, nội dung của đề tài này cũng không nằm ngoài mục đích là tìm ra một giải pháp gia cố nền hiệu quả và một công nghệ áp dụng phù hợp cho nền đất vật liệu rời nói chung, cụ thể cho trường hợp này là nền đất đắp ở vùng lấn biển Công nghệ và các giải pháp gia cố mà đề tài này sẽ đi sâu phân tích đó là

1 Công nghệ đầm sâu bằng rung động (vibro-compaction):

Đây là một công nghệ rất mới mẻ đối với chúng ta, công nghệ này hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo ra những rung động có Chu kỳ, Biên độ và Tần số xác lập Các rung động do công nghệ này tạo ra truyền vào đất nền dưới dạng sóng cũng có Chu ky, Biên độ, Tần số không đổi tại những vị trí trên đường tròn đồng tâm Càng

ra xa vị trí tâm điểm gia cố, rung động do thiết bị truyền đến cũng giảm đi đáng kể (do ảnh hưởng tính cản của vật liệu đất nền) Tại vị trí nào đó rung động do công nghệ này xem như không còn ảnh hưởng khi năng lượng do thiết bị truyền đến nhỏ hơn năng lượng ở trạng thái cân bằng (năng lương nghỉ) Nội dung này sẽ được phân tích chi tiết trong phần nghiên cứu về cộng nghệ sau này

2 Giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động compaction) và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá có vận dụng công nghệ đầm rung:

Với việc vận dụng các giải pháp như đã phân tích trên, trong nội dung phân tích của đề tài này sẽ tập trung vào việc sau:

− Tìm hiểu về các giải pháp gia cố nền trên thông qua việc phân tích về mặt lý thuyết tính toán cũng như sở đồ thiết kế lưới gia cố và những kết quả mang lại của giải pháp này

− Đề xuất ra giải pháp gia cố và sơ đồ gia cố nền thích hợp cho từng loại đất cũng như từng loại công trình cụ thể

PHẦN A MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

I Mục tiêu:

1 Mục tiêu là tìm ra một giải pháp hợp lý nhất cho công tác gia cố nền móng công trình đất đắp ở vùng lấn biển nói chung mà đặc biệt là vùng biển miền Trung, trên cơ sở các lý thuyết tính toán và phương pháp phân tích hợp lý, khoa học

2 Đáp ứng yêu cầu cấp thiết trong tương lai khi thi công các công trình trên nền đất đắp ở vùng lấn biển hoặc các nền móng công trình bằng vật liệu rời khác ở vùng biển miền trung nước ta

3 Mang lại một lợi ích to lớn về mặt kinh tế do đáp ứng đúng nhu cầu về mặt kỹ thuật

4 Góp phần xây dựng một hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật trong lĩnh vực xử lý gia cố nền móng công trình nói chung và hệ thống quản lý chất lượng của giải pháp này nói riêng

II Nhiệm vụ nghiên cứu:

2.1 Nghiên cứu về Công nghệ đầm sâu bằng rung động (Vibro-compaction) 2.2 Nghiên cứu về giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá có vận dụng công nghệ đầm sâu rung động

3.3 Aùp dụng giải pháp gia cố nền bằng cọc đá, thiết kế gia cố nền cho công trình bãi chứa có tải trọng q = 50 KN/m2 xây dựng ở vùng biển miền trung nước ta (cảng Chu Lai Tỉnh Quảng Nam)

PHẦN I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan về địa điểm áp dụng:

Nước ta là một dải đất hình chữ S, nằm ở trung tâm khu vực Đơng Nam Á, phía đơng nam trơng ra biển Đơng và Thái Bình Dương Bờ biển Việt Nam dài 3 260 km, biên giới đất liền dài 4 510 km Trên đất liền, từ điểm cực Bắc đến điểm cực Nam (theo đường chim bay) dài 1650km, từ điểm cực Đơng sang điểm cực Tây nơi rộng nhất 600km (Bắc bộ), 400 km (Nam bộ), nơi hẹp nhất 50km (Quảng Bình) Kinh tuyến: 102º 08' - 109º 28' đơng, Vĩ tuyến: 80 02' – 230 23' bắc diện tích 329.241 km², dân số 80.902.400 người (năm 2003) Lãnh thổ Việt Nam bao gồm 3 phần 4 là đồi núi Do vậy cần phải xây dựng các công trình ven biển

1.2 Tìm hiểu tổng quan về công nghệ:

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ đầm sâu rung động trên thế giới

− 1900 J Degen mua công ty Keller GmbH từ Mr J Keller

− 1934 L Degen và S Steuermann phát minh ra thiết bị đầm rung động đầu tiên có tên là “Vibroflot”

− 1974 Degen mua công ty ‘Vibroflotation Foundation’, ở Mỹ từ Mr.Steuermann

− 1986 Tập đoàn trên mở chi nhánh tại Thụy sỹ

− 1995 Tập đoàn Soletanche Bachy sử dụng thiết bị đầm rung động thi công đầm nén nền sân bay Chek Lap Kok ở Hong Kong

− 1999 Thiết bị này được sử dụng và đã chiếm đến 35% thị phần ở nước Anh về vấn đề xử lý gia cố nền móng công trình

− 2000 Thiết bị này được sử dụng rộng rãi tại nước Đức và đã có nhiều thành công

− Đến nay tập đoàn này có những đại diện trên nhiều nước trên thế giới thông qua bản đồ sau:

Hình : 1.2 Bản đồ chi nhánh các công ty của tập đoàn Soletanche Bachy

1.2 2 Mặt tích cực và hạn chế của công nghệ gia cố nền bằng công nghệ đầm rung:

+ Có thể tiến hành gia cố cho các công trình ven biển có mực nước dao động lớn mà không làm mất đi tính năng về cố kết nền móng công trình

+ Khi vận dụng công nghệ này để thi công các giải pháp gia cố lực rung động được tạo ra bỡi công nghệ trên gây ra hiện tượng biến loãng của đất nền, phá vỡ tạm thời trạng thái cân bằng ban đầu, tạo đà cho các hạt vật liệu duy chuyển đến vị trí cân bằng mới có tính ổn định cao hơn Năng lương tích luỹ trong hệâ lớn hơn Làm giảm thể tích lỗ rỗng trong đất, làm tăng góc nội ma sát và hình thành nên lực dính mới trong đất nền Làm tăng đáng kể độ chặt của đất dẫn đến tăng khả năng mang tải của đất nền, do vậy, tính ổn định nền công trình cũng tăng lên

+ Rung động do công nghệ này tạo ra là những rung động có Biên độ, Chu kỳ, Tần số xác lập theo thời gian cho nên Nguyên lý tính toán phù hợp về lý thuyết của dao động cơ học, mô hình tính toán tuân theo các lý thuyết tính toán về dao động (rung động cũng là một hình thức của dao độâng)

+ Công nghệ này rất thích hợp cho công tác xây dựng công trình ở các vùng biển ở miền trung nước ta (vì vung này đất nền được tạo nên từ những vật liệu rời)

1.2.2.2 Mặt hạn chế:

a Hạn chế loại đất nền:

Nếu chỉ xét đến tính đầm nén thông thường thì Công nghệ này chỉ thích hợp cho các nền vật liệu rời có lực dính c không lớn, không dùng được cho các loại đất nền sau đây:

+ Đất bùn sét

+ Đất bùn nhão

+ Đất yếu ở miền đồng bằng Sông Cửu Long

b Hạn chế về ổn định mái dốc đắp cao:

Trong các mái dốc đắp cao nếu chỉ sử dụng gia cố đầm rung thông thường thì chỉ làm tăng một phần tính ổn định chứ không đảm bảo được tính ổn định mái dốc

hoàn toàn được Mặt khác, công trình chúng ta ở ven biển cho nên chúng chịu một áp lực thuỷ động rất lớn có thể gây mất ổn định mái dốc rất dễ dàng

1.3 Tổng quan về giải pháp gia cố bằng phương pháp đầm sâu rung động và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá:

1.3 1 Lịch sử ra đời và phát triển của giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá:

1.3 1.1 Giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động:

Giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động ra đời cùng với sự ra đời của công nghệ đầm sâu rung động Ban đầu chúng chỉ gia cố nền ở những chiều sâu còn khiêm tốn (chỉ khoảng 20m) và cở sở tính toán chưa được hoàn chỉnh Trải qua quá trình thời gian, giải pháp gia cố này ngày được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới và những công trình có quy mô rất hơn như sân bay Chek Lap Kok ở Hong Kong Đồng thời cơ sở lý thuyết tính toán của chúng cũng ngày càng hoàn thiện hơn đáp ứng cho những tính toán và kiểm tra công trình xây dựng Trình tự thi công của giải pháp này xem Hình 2.4

1.3 1.2 Giải pháp gia cố nền bằng cọc đa (cọc vật liệu rời):

So với giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động thì giải pháp gia cố nền bằng cọc đá ra đời muộn hơn khoảng năm 1950 Ban đầu cọc đá chủ yếu thi công bằng phương pháp tiếp liệu từ bên trên Đến này do sự phát triển của công nghệ đầm sâu rung động người ta có thể thi công giải pháp trên bằng nhiều phương pháp khác nhau (tiếp liệu bên trên hoặc bên dưới) xem Hình 2.5

1.3.2 Mặt tích cực và hạn chế của giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá:

1.3 2.1 Mặt tích cực của hai giải pháp trên:

− Các giải pháp gia cố này trong quá trình thi công có vận dụng cộng nghệ đầm sâu bằng rung động kết hợp với cơ sở tính toán tạo điều kiện cho quá trình thiết

− Làm tăng độ ổn định cho nền móng công trình cho các công trình nằm trong phạm vi có ảnh hưởng các dư chấn của chấn động động đất hoặc các hiện tượng chấn động khác do nhân tạo gây nên nhờ vào khả năng chống cắt tốt và giảm khả năng biến loãng trong đất nền

− Tăng khả năng mang tải của nền móng công trình do tăng dung trọng của đất nền và các tính năng cơ lý liên quan khác

− Tăng sức chống cắt của đất nền do tăng góc nội ma sát của đất nền

− Giảm độ lún của đất nền do đã đạt được độ lún gần như tức thời trong quá trình gia cố

− Làm giảm sự hoá lỏng của đất nền (biến loãng của đất nền) và không truyền rung động ra xa xung quanh Có thể thi công gần vị trí các công trình hiện hữu mà không làm ảnh hưởng đến công trình

− Giải pháp gia cố nền bằng cọc đá giải quyết được tính ổûn định mái dốc cho nền đắp cao

− Khả năng ứng sử của đất nền đồng đều từ trên xuống dưới

− Tiết kiệm được thời gian và giá thành so với các phương pháp gia cố nền thông thường

− Kiểm soát được vấn đề ứng sử của đất nền khi xử lý mà không phải đào sâu đến chiều sâu này và lấp lai

1.3 2.2 Mặt hạn chế:

Giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động không áp dụng cho các loại đất có tính dính cao như đã trình bày bên trên:

1.4 Hướng khắc phục, giải quyết của đề tài:

1.4.1 Về đất nền gia cố:

Trong trường hợp nền đất được gia cố là nền vật liệu bùn sét nhão khi đó công nghệ đầm rung trên không áp dụng độc lập được vì chúng sẽ làm sáo trộn và phá hoại các cấu trúc của nền đất Tuy nhiên, sự kết hợp công nghệ này trong thi

công cọc đá sẽ làm tăng đáng kể khả năng mang tải của đất nền Với việc dùng kết hợp công nghệ này trong thi công cọc đá đã khăùc phục được nhược điểm của công nghệ đầm sâu rung động và mạng lại hiệu quả cao về mặt kỹ thuật cũng như mặt kinh tế Cụ thể của vấn đề này sẽ trình bày qua các nội dung tiếp theo của đề tài của đề tài

1.4.2 Về ổn định mái dốc:

Khi mái dốc của nền đất đắp lớn với việc sử dụng giải pháp gia cố bằng rung động nhưng vẫn không đảm bảo được ổn định mái dốc Trong trường hợp này giải pháp thay thế được xem là tôi ưu nhất chính là giải pháp gia cố mái dốc bằng cọc

đa Vì bản thân cọc đá là loại cọc vật liệu rời có tính chịu cắt và thoát nước tốt, đáp ứng được khả năng chống trượt dưới các tải trọng ngang Riêng về vấn đề làm giảm áp lực thuỷ động chúng ta có thể thiết kế tầng lọc ngược để khắc phục sau đây sẽ trình bày một cách cấu tạo chống áp lực thuỷ động và ổn định mái dốc công trình

Hình 1.4 Thi công cọc đá tăng ổn định mái dốc

1.5 Tính cấp thiết của đề tài:

− Từ những nội dung phân tích như trên cho ta những nhận định về tính ưu thế khách quan của công nghệ này Tuy rằng công nghệ này còn hạn chế đối với các loại đất nền là vật liệu có tính dính cao (trình bày phần hạn chế trên) Tuy nhiên

yêu cầu cấp thiết trong việc gia cố nền ở các vung xây dựng lấn biển Mà trong đó cho đến này không có một công nghệ nào đáp ứng được Điều này cho chúng ta thấy được yêu cầu cấp thiết của công nghệ này cộng với những tính năng tích cực của giải pháp này cho nền móng mà đất nền là vật liệu rời Cho nên nội dung nguyên cứu này là nhằm mục đích chính tìm và đưa ra một giải pháp tốt nhất về công nghệ gia cố nền móng công trình nói chung và gia cố nền đất đắp ở vùng lấn biển nói riêng Do vậy, nội dung nghiên cứu của đề tài này một lần nữa sẽ tập trung đánh giá các tính năng kỹ thuật, mặt tích cực và của giải pháp này trong điều kiện như Việt Nam khi mà trong tương lai có nhiều công trình xây dựng ở vùng đất đắp lấn biển mà việc tạo nền công trình từ việc bồi cát từ biển vào hay nền đất vật liệu rời Hoặc các công trình nhiều tác động của môi trường như chế độ thuỷ triều và các chấn động của các hiện tượng động đất

− Khắc phục những nhược điểm mà các giải pháp gia cố nền khác không mang lại Trong tương lại chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng các công trình ở vung lấn biển hay các công trình ngoài biển trọng yếu mà không sợ những khó khăn về mặt kỹ thuật và chất lượng công trình

− Tạo một nền tảng trong khi xây dựng một tiêu chuẩn về qui trình thiết kế, thi công và kiểm soát chất lương trong việc gia cố nền bằng vận dụng công nghệ trên Tạo đà cho tốt cho công cuộc hội nhập của nước ta trên khu vực và thế giới

1.6 Kết luận:

Từ những nghiên cứu ở chương 1 cho ta rút ra được những kết luận sau:

− Công nghệ đầm sâu bằng rung động ra đời cũng khá lâu và trên thế giới người ta cũng ứng dụng công nghệ này đã thi công thành công rất nhiều công trình có quy mô lớn như sân bay Chek Lap Kok, vịnh Penny Hong Kong

− Thông qua những mặt tích cực nêu trên ta thấy rằng các giải pháp gia cố và công nghệ trên rất thích hợp cho xử lý gia cố cho nền móng công trình ở vùng biển miền trung nước ta

PHẦN II NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ĐẦM SÂU BẰNG RUNG ĐỘNG (VIBRO- COMPACTION) VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN TRONG GIA CỐ NỀN

MÓNG CÔNG TRÌNH ĐẤT ĐẮP VÙNG LẤN BIỂN

2.1 Giới thiệu về công nghệ đầm sâu bằng rung động:

2.1 1 Tổng quan về tính năng thiết bị:

- Công nghệ này có tên là công nghệ đầm sâu bằng rung động compaction)

(Vibro Thiết bị đầm sâu bằng rung động có tính tích cực cho công tác gia cố các nền vật liệu rời, và có khả năng gia cố được ở chiều sâu rất lớn có thể đạt đến chiêu sâu 58m

2.1 2 Cấu tạo và và tính năng kỹ thuật thiết bị đầm sâu bằng rung động (Vibro-compaction)

2.1.2.1 Cấu tạo:

a Cấu tạo tổng thể:

b Mặt cắt thiết bị rung động V.23

Hình 2.2 Mặt cắt dọc của thiết bị V.23

c Thuyết minh cấu tạo chi tiết:

Thiết bị này được cấu tạo từ các bộ phận chính như sau:

- Bôï phận bên trên: Dùng để gắn vào các thiết bị bên dưới thông qua bộ phận kết nối Mặt khác bộ phân này còn dùng để gắn với các bộ phận bên trên khác như cần trục, hay giá đóng của thiết bị nhằm thuận lợi cho công tác vận hành hoạt động của thiết bị khi thực hiện công tác gia cố nền móng công trình, toàn bộ bộ phận này cố định trong quá trình hoạt động của thiết bị cũng như chuyển động của hệ thống rung động bên dưới trong khi thực hiện thi công gia cố nền công trình

- Bộ phận kết nối: Là bộ phận trung gian gắn kết phầân bên trên và toàn bộ phần bên dưới nhằm hai mục đích chính :

+ Kết nối hai bộ phận có tính chất khác nhau về chuyển động, bộ phầân bên trên không chuyển động, toàn bộ phần bên dưới chuyển động xoay tròn

+ Cô lập dao động từ bên dưới truyền lên bên trên

- Bộ phận tạo ra rung động là bộ phận bên dưới kể từ điểm kết nối trở về mũi, bộ phận này quyết định toàn bộ đặt tính của thiết bị thông qua tần số dao động (thông qua tốc độ quay của đĩa lệch tâm) Rung động được tạo ra nhờ vào đĩa lệch tâm và motor tạo lệch tâm

- Đệm nối là bộ phận kết nối giữa đĩa lệch tâm và motor nhắm mục đích

chuyển rung động quay của motor thành chuyên động rung động của thiết bị thông

qua đĩa lệch tâm

- Đĩa lệch tâm có nhiệm vụ tạo ra những rung động có Chu kỳ, Tần số, Biên

độ nhất định của thiết bị Dây là bộ phận chính yếu có ảnh hưởng mang tính quyết

định đến hiệu quả của công tác gia cố bằng rung động

- Mũi hình cone nhằm thuận lợi cho công tác thi công sẽ phải cắm sâu vào

đất Trong trường hợp nền đất gặp cục bộ những vật cứng cản đường thế thì mũi

nhọn sẽ phát huy tác dụng ngay

- V.23 đặc trưng cho biên độ dao động của mũi cone trong quá trình vận hành

d Mặt cắt ngang của các thiết bị:

e Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các thiết bị rung động compaction)

(vibro-2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị :

Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động quay do động cơ hoặc dòng điện làm quay trục của thiết bị, khi đó đĩa lệch tâm được gắn trực tiếp lên trục kéo theo chuyển động của bộ lệch tâm (đĩa lệch tâm) tạo nên những rung động có Biên độ, Chu kỳ và Tần số phụ thuộc vào vận tốc (tốc độ ) quay của trục quay.nguyên lý làm viêc của quá trình gia cố nền này được tiến hành theo 3 giai đoạn cơ bản:

a Đầm và Tạo lỗ:

Ơû giai đoạn này thiết bị phụt nước cao áp (hoặc khí nén) từ hai ống dẫn kẹp ở hai bên đầu thiết bị, duy chuyển thiết bị đến độ sâu thiết kế và phun nước theo từng đợt bằng cánh phun mạnh ra và giảm và tắt lại nhằm tạo nên những kích động để cho các hạt cát duy chuyển vào các khe Quá trình này tạo nên độ nén chặt đất nền từ 75-80%

b Tạo rung động:

Dưới tác dụng của lực theo phương đứng làm cho các hạt đất theo xung quanh thiết bị rung làm mất tính ổn định tạm thời và sắp xếp lại cho đến khi đạt đến độ nén chặt và làm tăng các yếu tố cơ lý khác của đất nền

c Làm đầy lỗ và hoàn thiện:

Trong khi đầm nén bằng rung động đất nền bị cố kết do vậy chúng ta cho vào vật liệu bên ngoài vào lỗ Vật liệu thêm vào có thể là vật liệu cùng loại với đất nền hoặc vật liệu khác (đá trong trường hợp thi công cọc đá) Bờ mặt của đất nền ở chỗ bị nén bị sụt xuống từ 5-15% theo chiều sâu Phần bên trên mặt sau khi lấp đầy vật liệu để kinh tế chúng ta dùng các loại đầm thông thường để nén lớp đất này

Để minh họa cho các quá trình trên chúng ta xem qua Hìnhø mô tả các giai đoạn trên:

+ Đầm nén lớp đất nền bằng rung động

Hình 2.4 Trìng tự thi công của giải pháp gia cố nền bằng phường pháp đâm

sâu rung động

+ Đầm nén trong quá thi công cọc đá gia cố nền:

Tạo lỗ Làm sạch lỗ Lắp đặt vật liệu Hoàn thiện

2.1.2.3 Nguyên lý truyền dao động từ thiết bị sang đất nền gia cố:

Tổng quan:

Trong quá trình rung động của thiết bị (phần chuyển động quay từ bên dưới tạo nên một hình cone có diện tích đáy là hình tròn có đường kinh là biên độ dao động (rung động) của thiết bị Quá trình dao động này tạo nên một sung động có Chu kỳ, Tần số rất lớn truyền vào đất nền gia cố theo dạng các đường tròn đồng tâm Các điểm truyền sóng nằm trên cùng một đường tròn đều có cùng các thông số về chu kỳ (K), biên độ (A) Dao động này sẽ lan truyền ra xa theo như hiện tượng truyền sóng Maxwell Biên độ càng ra xa càng giảm và tắt dần minh hoạ qua Hình sau:

Hình 2.6 Mặt bằng và mặt cắt của điểm gia cố

2.1.2.4 Nguyên lý làm việc của đất nền trong quá trình gia cố:

Dựa trên tính chất sắp xếp lại các hạt thông qua nguyên lý tạo dao động nhằm làm giảm tức thời lực dính và góc nội ma sát phá vỡ trạng thái cân bằng cũ tại

vị trí gia cố hiện tượng này gọi là hiện tượng biến loãng (hoá lỏng) của nền đất (vật liệu rời) Đồng thời với quá trình này các phần tử đất sẽ chuyển động đến một vị trí cân bằng mới có khả năng ổn định cao hơn, nền đất được nén chặt Thông qua sắp sếp lại các hạt vật liệu, làm giảm thể tích lỗ rỗng trong đất nền thông qua đó là việc tăng các chỉ tiêu cơ lý đất nền Điều này được thể hiện thông qua các mô hình tương ứng như sau:

Trạng thái rời rạc Trạng thái trương nở Trạng thái nén chặt

Quá trình rung động Quá trình lún (các hạt sắp xếp)

Hình 2.7 Ứng sử đất nền trong quá trình gia cố

2.2 Giới thiệu về giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động và giải pháp gia cố nền bằng cọc đá

2.2.1 Giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động:

Giải pháp này được áp dụng cho nền đất là vật liệu rời có tính dinh không cao Sơ đồ lưới được bố trí dựa trên điểm giao thoa của rung động Trình tự thi công có thể mô tả theo sơ đồ sau:

Hình 2.8: Trình tự thi công của giải pháp gia cố nền bằng phương pháp đầm sâu rung động

2.2.2 Giải pháp gia cố nền bằng cọc đá:

Khác với giải pháp gia cố trên, trong giải pháp gia cố nền bằng cọc đá có thể áp dụng cho hầu hết các loại đất nền mục đích làm tăng khả năng ổn định và mang tải của công trình Trình tự thi công như sau:

Hình 2.9.Trình tự thi công cọc đá

Cả hai giải pháp trên, phương pháp thi công về cơ bản là giống nhau Nghiên cứu chi tiết sẽ trình bày trong những nội dung ở Chương 4 và Chương 5

2.3 Giới hạn áp dụng của công nghệ đầm sâu bằng rung động và các giải pháp gia cố:

Giới hạn áp dụng công nghệ đầm sâu bằng rung động và 2 giải pháp gia cố trên phụ thuộc rất lớn vào điều kiện đất nền Biểu đồ sau đây khuyến cáo các việc áp dụng các giải pháp gia cố cho từng loại đất nền

Hình 2.10 Biểu đồ giới hạn vùng áp dụng giải pháp gia cố

Từ biểu đồ trên cho chúng ta thấy rằng:

− Vùng A và vùng B rất thích hợp cho giải pháp gia cố đầm sâu bằng rung động

− Vùng C và vùng D rất thích hợp cho giải pháp gia cố đầm sâu cọc đá Vùng

C là sẽ được nén chặc trong quá trình thi công cọc đá

− Công nghệ đầm sâu bằng rung dộng được dùng cho cả hai giải pháp gia cố trên Do vây, có thể ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại đất nền

2.4 Tính khả thi của việc áp dụng công nghệ vào điều kiện nước ta:

2.4.1 Tính tương đồng về điều kiện địa chất giữa hai khu vực phân tích

Phân tích về thành phần hạt của đất nền ở vùng biển miền trung nước ta: Với việc tham khảo địa chất tại khu vực cảng chu lai (Quảng Nam) và cảng Dung Quất (Quảng Ngãi), thành phần hạt mô tả đại diện như sau:

Hình 2.11 Biểu đồ thành phần hạt mầu D1, mẫu 1và mẫu 2

Hình 2.13 Biểu đồ thành phần hạt mầu 6, mẫu 8 và mẫu 9

Hình 2.14 Biểu đồ thành phần hạt mầu 10

Nhận xét và kết luận:

Từ kết quả thí nghiệm thành phần hạt của các mẫu từ D1 đếm mẫu 10 (thể hiện qua các hình từ Hình 2.11 – Hình 2.14) ta thấy rằng:

− Các Mẫu D1, Mẫu 2.1, Mẫu 2.2, Mẫu 2.3 và Mẫu 2.4 có thành phần hạt nằm trong khoảng (từ 0.05 đến 5)mmm

− Mẫu 2.5 có thành phần hạt nằm trong khoảng (từ 0.05 đến 10)mm

− Mẫu 2.6 và mẫu 2.8 có thành phần hạt nằm trong khoảng (từ 0.003 đến 10)mm

− Mẫu 2.9 và mẫu 2.10 có thành phần hạt nằm trong khoảng (từ 0.002 đến 2)mm

" Như vậy, thành phần hạt của các lớp đất ở khu vực này biến thiên từ (0.002 – 10)mm

Bằng cách tra biểu đồ Hình 2.10 ta thấy thành phần hạt của các lớp đất này thuộc vào vùng B của biểu đồ Vùng này rất thích hợp cho giải pháp gia cố nền bằng rung động

2.4.2 Tính tương đồng về điều kiện địa hình:

2.4 2.1 Địa hình tại vùng biển miền trung nước ta (Biển Qui Nhơn):

Hình 2.16 Thành phố Qui Nhơn, Tỉnh Bình Định 2.4 2.2 Địa hình tại công trình ơ Vịnh Penny

Hình 2.17.Vịnh Penny, Hong Kong

Từ hai Hình 2.16 và Hình 2.17 ta thấy rằng địa hình ở 2 khu vực này có tính tương đồng nhau

2.4.3 Định hướng phát triển kinh tế của khu vực miền trung:

Các Tỉnh ven biển miền trung nước ta có một lợi thế là có chiều dài bờ biển rất lớn, chiều sâu của biển khá sâu và là một nơi có nền kinh tế đang phát triển, có dân số rất đông, định hướng của các Tỉnh này là xây dựng nhiều khu công nghiệp, các nhà máy chế biến, các công trình cảng có quy mô lớn Hơn nữa, khối lượng vận chuyển hàng hóa theo đường biển là rất lớn, giá thành không cao Do vậy, xu thế xây dựng các công trình ở vùng ven biển là một chiến lược phát triển kinh tế của các Tỉnh ven biển miền trung nói chung trong đó có ba Tỉnh Bình Định, Quảng Ngãi và Quảng Nam Số lượng các dự án mà các Tỉnh này kêu gọi đầu tư trong thời gian tới cho các công trình, khu công nghiệp ven biểân là rất nhiều cụ thể:

2.4.3.1 Tỉnh Bình Định:

a Dự án mở rộng cảng nước sâu Qui Nhơn:

+ Qui mô hiện hữu va ømở rộng:

Cảng Qui Nhơn hiện hữu: diện tích: 40.000 m2, hiện trạng mặt bằng: kho tàng nhà cữa 15.000 m2; bãi chứa hành 20.000 m2; diện tích có thể mở rộng 5000m2

+ Nội dung đầu tư:

- Giai đoạn l: 1999 – 2010

Công suất cảng dự kiến : 4,85 triệu tấn/năm

Trong đđó :

Cảng Quy Nhơn hiện hữu : 2,85 triệu tấn/năm

Khu mở rộng : 2,00 triệu tấn/năm

- Giai đoạn 2: sau năm 2010

Năng suất tăng lên 14 triệu tấn/ năm ( trong đó có Nhơn Hội l0 triệu tấn/ năm)

+ Vốn đầu tư:

Dự kiến vốn đầu tư l 136 tỷ đồng VN

Trong đđó:

− Đầu tư vào cảng :802 tỷ

− Đầu tư vào cầu đường bộ :334 tỷ

b Xây dựng khu kinh tế Nhơn Hội – Thành phố Quy Nhơn

+ Quy mô xây dựng:

Dự kiến Khu kinh tế Nhơn Hội diện tích đất sử dụng khoảng 800 ha (2010) sau năm 2010 khoảng 4000ha Bao gồm các khu chính:

− Khu công nghiệp tập trung chiếm khoảng 250 ha

− Khu thương mại tự do chiếm khoảng 250 ha

− Khu vui chơi giải trí chiếm khoảng 50 ha

− Còn lại là khu cảng biển:

+ Dự kiến vố đầu tư: l00 triệu USD ( đến năm 2010 )

2.4.3.2 Tỉnh Quảng Ngãi:

Có khu công nghiệp Dung Quất : đây là khu kinh tế tổng hợp lớn nhất nước

ta, bao gồm công nghiệp lọc dầu có công suất (6.5 triệu tấn /năm cho GĐ1, 9 hoăc

13 triệu tấn/năm cho GĐ2), Dung Quất được chia làm 4 khu vực chính: khu vục phía động có diện tích 5.054 ha là khu công nghiệp nặng gắn liền với cảng nước sâu, phía tây khu công nghiệp có diện tích 2100 ha là khu công nghiệp nhẹ, khu Kỳ Hà rộng 1200 ha là khu công nghệ cao, khu chế xuất và sân bay Chu Lai rộng 2300 ha Việc đầu tư xây dựng các dự án trong khu này rất nhiều, chủ yếu tập trung vào vùng phía đông của khu công nghiêp (phía giáp biển) các dự án này được thể hiện một phần thông qua danh mục các dự án kêu gọi đầu tư từ nguồn vốn trong và ngoài nước

Bảng:2.1: Danh mục các dự án kêu gọi đầu tư vào khu công nghiệp Dung Quất bằng nguồn vốn nước ngoài:

Vốn ĐT

dự kiến (triệu USD)

Thơng số kỹ thuật

(Công suất một năm)

Hình thức đầu

tư vồn nước ngoài

Bảng 2.2: Danh mục các dự án kêu gọi đầu tư vào Dung Quất không hạn chế

nguồn vốn:

Vốn đầu tư (triệu USD)

BR:40.000 tấn

3 SX cao su tổng hợp

18 SX lắp ráp xe & máy thi cơng XD

20 SX động cơ Diesel 30-50 mã lực (2,3,4

21 SX và lắp ráp động cơ thuỷ 80 - 600

27 SX ống thép 10.000 tấn 15

Sợi: 2.000 - 5.000 tấn Dệt: 10 - 40 triệu m

46 NM SX sợi, nhộm, hồn tất

Nhuộm: 20-40 triệu m

25 - 50

2.4.3.3 Tỉnh Quảng Nam:

Cũng có một số công trình lấn biện trọng yếu như dự án mở rộng cảng Chu

2.4.4 Giá thành sản phẩm gia cố khi dùng công nghệ đầm sâu bằng rung động:

2.4.4.1 Giá thành sản phẩm khi dùng giải pháp gia cố bằng công nghệ đầm sâu rung động:

Trong giải pháp gia cố này giá thành của sản phẩm phụ thuộc rất lớn vào giá thành khấu hao của công nghệ và thiết bị và chi phí nhiên liệu tiêu tốn trong thời gian thực hiện công tác gia cố Do vậy, để có thể đưa ra một khái toán cho sản phẩm gia cố này ta tìm hiểu qua :

a Giá trị công nghệ khấu hao đều theo thời gian:

Chi phí cho một thiết bị gia cố phụ thuộc vào từng loại cụ thể, trong trường hợp với thiết bị V23 giá thành của cả thiết bị với trọng lượng cẩu 60 tấn giá thành khoảng 150.000 USD

Tuổi thọ thiết bị khoảng 10 năm

Vậy khấu hao thiết bị trong trong một giờ sẽ là:

150000

x

x = 1.71 (USD/giờ) = 27.000 (đồng)

Nhiên liệu tiêu tốn trong một giờ làm việc sẽ là 8 lít dầu diezel

Chi phí nhiên liệu trong một giờ làm việc

= 8

000

120 =15.000 (đồng)

Tổng chi phí trong một giờ làm việc sẽ là:

C = Htb(1giờ) + Cnl(giờ) + Cnc(giờ) = 27.000 + 56.000 + 15.000 = 98.000 (đồng/giờ)

Bảng: 2.3 Năng suất gia cố của thiết bị trong một giờ và chi phí để gia cố nền

bằng công nghệ đầm sâu rung động cho 1m chiều sâu:

Cát sạch Cát (10% < 0.06mm) Thời gian đầm một mét 24 giây 90 giây

Thời gian tạo 1m lỗ 25 giây 25 giây

Tổng thời gian gia cố cho 1 m 49 giây 115 giây

Số m gia cố trong 1 giờ 3600/49 = 73 (m) 3600/115 =31 m

Chi phí gia cố cho 1m 98.000/73=1.340 (đ) 98.000/31=3.160 (đ)

2.4.4.2 Giá thành sản phẩm gia cố khi dùng giải pháp gia cố cọc đá:

Chi phí để gia cố cho một mét dài cọc đá có đường kính bất kỳ sẽ được xác

định thông qua các chi phí về vật liệu và thiết bị thi công

Ta thấy rằng chi phí khấu hao của thiết bị có giá trị không đổi như trên

Chi phí vật liệu để làm cọc đá được xác định thông qua thể tích vật liệu đã dùng

Kết quả cụ thể được thể hiện thông qua Bảng 2.4 bên dưới:

Bảng: 2 4 Tổng hợp chi phí cho 1m gia cố cọc đá

Đường kính cọc đá (cm 60 70 80 90 100 110 120 Thể tích vật liệu đặc m3/m 0.28 0.38 0.50 0.64 0.79 0.95 1.13 Thể tích vật liệu rời m3/m 0.34 0.46 0.60 0.76 0.94 1.14 1.36 Trọng lượng trên 1m cọc 0.58 0.79 1.03 1.30 1.60 1.94 2.31 Thời gian tạo lỗ (phút/m) 0.84 1.06 1.33 1.65 1.97 2.37 2.76 Năng suất gia cố(m/ giơ)ø 57 45 36 29 24 20 17 Chi phí vật liệu 1 m cọc đá 33.929 46.182 60.319 76.341 94.248 114.040 135.717Chi phí thiết bị 1m cọc đá 1.719 2.178 2.722 3.379 4.083 4.900 5.765 Tổng chi phí trên 1m cọc đá 35.649 48.359 63.041 79.720 98.331 118.940 141.482