Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu để xây dựng công trình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:187

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài: Xác định quy luật biến thiên áp lực nước lỗ rỗng và biến dạng (lún) của nền đất yếu trong quá trình cố kết chân không. Xây dựng mối quan hệ giữa chỉ số dẻo (PI), độ cố kết (U), chiều dày nền đất yếu xử lý (H) và thời gian cố kết (t) khi xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu để xây dựng công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI  PHẠM QUANG ĐÔNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐỂ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI  PHẠM QUANG ĐÔNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐỂ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số: 62-58-60-01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS TRỊNH MINH THỤ 2. GS.TS NGUYỄN CHIẾN HÀ NỘI - 2015
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án. Tác giả luận án Phạm Quang Đông
ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng đến GS.TS Trịnh Minh Thụ và GS.TS Nguyễn Chiến là hai thầy hướng dẫn trực tiếp đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu, khoa Công trình, các thầy giáo tổ bộ môn Địa kỹ thuật - Trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là thầy giáo TS. Hoàng Việt Hùng đã tạo những điều kiện thuận lợi, đóng góp ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình nghiên cứu. Tác giả tỏ lòng biết ơn đến các anh chị em ở công ty FECON và TEINCO đã tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả thu thập tài liệu, số liệu, cung cấp những thông tin cần thiết liên quan đến quá trình nghiên cứu, thực hiện luận án, giúp tác giả khảo sát, tham quan và tiếp cận công trình nơi xử lý nền bằng phương pháp mà tác giả đang nghiên cứu. Tác giả cũng bày tỏ lòng biết ơn đến các anh chị em phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật Trường Đại học Thủy lợi, đã tạo những điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, động viên trong quá trình thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm của luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến đơn vị nơi tác giả đang công tác là Trường Cao Đẳng Công Nghệ - Kinh Tế và Thủy lợi Miền Trung, đã tạo những điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, động viên để tác giả yên tâm tập trung nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình. Để hoàn thành được luận án của mình tác giả nhận được sự động viên, ủng hộ, chia sẻ kịp thời từ gia đình trong những lúc khó khăn nhất, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chia sẻ những thành công có được của bản thân đến gia đình. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên, ủng hộ, chia sẻ trong quá trình tác giả hoàn thành luận án của mình.
iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1 2. Mục đích của đề tài .................................................................................................2 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..............................................................................2 4. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.................................................................................3 7. Những đóng góp mới của luận án ...........................................................................4 8. Bố cục của luận án ..................................................................................................5 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU VÀ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP .....................................7 1.1. Nền đất yếu ..........................................................................................................7 1.2. Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng phương pháp cố kết chân không ...........8 1.2.1. Tình hình ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu trên thế giới .................................................................................................................8 1.2.2. Tình hình nghiên cứu phương pháp cố kết chân không .........................15 1.2.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu ở Việt Nam.............................................................................................17 1.3. Lý thuyết phương pháp cố kết chân không ........................................................19 1.3.1. Bài toán cố kết thấm ...............................................................................19 1.3.2. Phương trình vi phân cơ bản ..................................................................22 1.3.3. Các phương pháp giải bài toán cố kết thấm ...........................................23 1.4. Phương pháp dự báo lún ....................................................................................31 1.4.1. Phương pháp Asaoka ..............................................................................31 1.4.2. Phương pháp điểm uốn (Inflection point) ..............................................32 Kết luận chương 1 .....................................................................................................35
iv Chương 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ .............................36 2.1. Mục đích nghiên cứu ..........................................................................................36 2.2. Mô hình nghiên cứu ...........................................................................................36 2.2.1. Giới thiệu mô hình..................................................................................36 2.2.2. Mẫu đất thí nghiệm.................................................................................39 2.2.3. Thiết bị thí nghiệm .................................................................................41 2.3. Quy trình thí nghiệm ..........................................................................................45 2.3.1. Chuẩn bị máng thí nghiệm hình hộp và chế bị mẫu ...............................45 2.3.2. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất trước khi thí nghiệm .......................45 2.3.3. Cắm bấc thấm .........................................................................................45 2.3.4. Lắp đặt thiết bị quan trắc ALNLR..........................................................46 2.3.5. Tạo lớp mặt thoát nước và lắp đặt thệ thống thu nước ...........................46 2.3.6. Làm kín mô hình thí nghiệm ..................................................................46 2.3.7. Lắp đặt các đồng hồ đo lún và áp lực chân không .................................47 2.3.8. Kết nối và kích hoạt các đầu đo ALNLR ...............................................47 2.3.9. Kết nối hệ thống máy bơm và hoạt động mô hình .................................47 2.4. Kết quả thực nghiệm các MHVL .......................................................................48 2.4.1. Kết quả thực nghiệm của MHVL1 .........................................................48 2.4.2. Kết quả thực nghiệm của MHVL2 .........................................................51 2.4.3. Kết quả thực nghiệm của MHVL3 .........................................................54 2.5. Hiệu quả kỹ thuật của cố kết chân không ..........................................................57 2.5.1. Hiệu quả kỹ thuật của MHVL1 ..............................................................57 2.5.2. Hiệu quả kỹ thuật của MHVL2 ..............................................................59 2.5.3. Hiệu quả kỹ thuật của MHVL3 ..............................................................61 Kết luận chương 2 .....................................................................................................64
v Chương 3: MÔ HÌNH TÍNH CHO BÀI TOÁN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG ............65 3.1. Mô hình số tính toán ..........................................................................................65 3.2. Mô phỏng bài toán cố kết chân không ...............................................................67 3.3. Tính toán ứng dụng cho các MHVL ..................................................................67 3.3.1. Kết quả mô hình số của MHVL1 ...........................................................69 3.3.2. Kết quả mô hình số của MHVL2 ...........................................................70 3.3.3. Kết quả mô hình số của MHVL3 ...........................................................71 3.4. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán các MHVL ......................................72 3.4.1. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán của MHVL1 ........................72 3.4.2. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán của MHVL2 ........................74 3.4.3. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán của MHVL3 ........................75 3.5. Tính toán kiểm tra cho các công trình thực tế ....................................................76 3.5.1. Công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng .................................................77 3.5.2. Công trình nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh ......................................83 3.5.3. Công trình nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai ...................................90 Kết luận chương 3 .....................................................................................................95 Chương 4: XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TOÁN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG ............................................................................96 4.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................96 4.2. Các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất đất yếu tính toán ..........................................96 4.2.1. Đất yếu Duyên Hải – Trà Vinh ..............................................................96 4.2.2. Đất yếu Đình Vũ – Hải Phòng................................................................97 4.2.3. Đất yếu nhiệt điện Thái Bình .................................................................97 4.2.4. Đất yếu Nhơn Trạch – Đồng Nai ...........................................................97 4.3. Kết quả tính toán ................................................................................................97 4.3.1. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 10 m ................................97 4.3.2. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 15 m ................................98
vi 4.3.3. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 20 m ................................98 4.3.4. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 25 m ................................99 4.3.5. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 30 m ..............................100 4.4. Xây dựng mối quan hệ giữa thời gian cố kết (t) với chỉ số dẻo (PI), độ cố kết (U) và chiều dày nền đất yếu xử lý (H) ..............................................................100 4.4.1. Mối quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý xác định................................................................................102 4.4.2. Mối quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu xử lý khi độ cố kết xác định .............................................................................106 Kết luận chương 4 ...................................................................................................111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................112 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ .....................114 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................115
vii MỤC LỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý phương pháp MVC ........................................................11 Hình 1.2. Thi công phương pháp MVC ....................................................................12 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý phương pháp không có màng kín khí ............................12 Hình 1.4. Thi công không có màng kín khí ..............................................................13 Hình 1.5. Sân bay Suvarnabhumi, Thái Lan .........................................................14 Hình 1.6. Khu dân cư Steiger Eiland Ijburg, Hà Lan ................................................14 Hình 1.7. Nhà máy điện nguyên tử Singori, Hàn Quốc ............................................15 Hình 1.8. Sơ đồ trạm xử lý nước Pusan, Hàn Quốc ..................................................15 Hình 1.9. Mô hình tỉ lệ lớn để thí nghiệm cố kết có và không có áp lực chân không ...16 Hình 1.10. Nguyên lý gia tải nén trước .....................................................................20 Hình 1.11. Bản chất của cố kết thấm ........................................................................21 Hình 1.12. Nguyên lý cố kết chân không ..................................................................21  p  f Hình 1.13. Độ cố kết U% theo quan hệ và ..........................................25  0'  p Hình 1.14. Phân bố độ cố kết theo hướng thoát nước ...............................................25 Hình 1.15. Quan hệ giữa Uv (Tv) theo Terzaghi ........................................................27 Hình 1.16. Biểu đồ phân bố độ cố kết Uz (z/Hdr;Tv).................................................27 Hình 1.17. Quan hệ giữa Ur(Tr) theo Barron ............................................................28 Hình 1.18. Quan hệ giữa F(n) ...................................................................................29 Hình 1.19. Đường kính chuyển đổi của bấc thấm .....................................................30 Hình 1.20. Đường thẳng Asaoka ...............................................................................32 Hình 1.21. Điểm uốn .................................................................................................33 Hình 1.22. Đạo hàm U(Tv) ........................................................................................33 Hình 1.23. Hệ số điểm uốn lý thuyết ........................................................................34 Hình 1.24. Hệ số điểm uốn thực nghiệm ..................................................................34 Hình 2.1. Sơ họa mô hình thí nghiệm .......................................................................37 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thiết bị MHVL1 .....................................................................38
viii Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thiết bị MHVL2 .....................................................................38 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thiết bị MHVL3 .....................................................................39 Hình 2.5. Mẫu đất khu ven biển PVtex Đình Vũ - Hải Phòng .................................40 Hình 2.6. Chế bị mẫu đất nghiên cứu........................................................................40 Hình 2.7. Biểu đồ biến đổi sức chống cắt không thoát nước (S u) của đất theo độ sâu trước thí nghiệm ........................................................................................................41 Hình 2.8. Đầu đo ALNLR kiểu dây rung - Geokon ..................................................42 Hình 2.9. Sơ đồ cấu tạo đầu đo ALNLR kiểu dây rung ............................................42 Hình 2.10. Đầu đọc số liệu - Geokon LC 2x4...........................................................43 Hình 2.11. Bàn đo lún, đồng hồ đo lún và bộ gá đỡ .................................................44 Hình 2.12. Bấc thấm và hệ thống ống đấu nối ..........................................................44 Hình 2.13. Lắp đặt các thiết bị của máy bơm ...........................................................44 Hình 2.14. Lắp đặt bấc thấm trên mô hình thí nghiệm .............................................46 Hình 2.15. Lắp đặt thiết bị quan trắc ALNLR trên mô hình thí nghiệm ..................46 Hình 2.16. Rải lớp cát vàng và lắp đặt hệ thống thu nước ........................................46 Hình 2.17. Làm kín trên mô hình ..............................................................................46 Hình 2.18. Lắp đặt các thiết bị quan trắc lún ............................................................47 Hình 2.19. Cài đặt các thông số của đầu đo ALNLR................................................47 Hình 2.20. Kết nối hệ thống máy bơm với mô hình .................................................47 Hình 2.21. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của MHVL1..................48 Hình 2.22. Đường hồi quy tại vị trí cạnh bấc thấm MHVL1 ....................................49 Hình 2.23. Đường hồi quy tại vị trí giữa 2 bấc thấm MHVL1 .................................49 Hình 2.24. Quan hệ giữa ALNLR thực nghiệm và thời gian của MHVL1 ..............50 Hình 2.25. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của MHVL2..................51 Hình 2.26. Đường hồi quy tại vị trí cạnh bấc thấm MHVL2 ....................................52 Hình 2.27. Đường hồi quy tại vị trí giữa 2 bấc thấm MHVL2 .................................52 Hình 2.28. Quan hệ giữa ALNLR thực nghiệm và thời gian của MHVL2 ..............53 Hình 2.29. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của MHVL3..................54
ix Hình 2.30. Đường hồi quy tại vị trí cách biên phân tố 0,5 m MHVL3 .....................55 Hình 2.31. Đường hồi quy tại vị trí cách biên phân tố 1,0 m MHVL3 .....................55 Hình 2.32. Quan hệ giữa ALNLR thực nghiệm và thời gian của MHVL3 ..............56 Hình 2.33. Sơ đồ lấy mẫu và cắt cánh sau thí nghiệm ..............................................57 Hình 2.34. Lấy mẫu và cắt cánh sau thí nghiệm .......................................................57 Hình 2.35. Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) và độ sâu sau thí nghiệm của MHVL1 .................................................................................................58 Hình 2.36. Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước (S u) trước và sau thí nghiệm với độ sâu của MHVL1 ................................................................................58 Hình 2.37. Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) và độ sâu sau thí nghiệm của MHVL2 .................................................................................................60 Hình 2.38. Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) trước và sau thí nghiệm với độ sâu của MHVL2 ................................................................................60 Hình 2.39. Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước (Su) và độ sâu sau thí nghiệm của MHVL3 .................................................................................................62 Hình 2.40. Quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước (S u) trước và sau thí nghiệm với độ sâu của MHVL3 ................................................................................62 Hình 3.1. Sơ đồ trình tự giải bài toán cố kết chân không .........................................67 Hình 3.2. Sơ đồ khối đất nghiên cứu thực nghiệm ...................................................68 Hình 3.3. Điều kiện biên trong mô đun SEEP/W của các MHVL ............................68 Hình 3.4. Điều kiện biên trong mô đun SIGMA/W của các MHVL ........................68 Hình 3.5. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thời gian của MHVL1..........................69 Hình 3.6. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thời gian của MHVL1 ......................69 Hình 3.7. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thời gian của MHVL2..........................70 Hình 3.8. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thời gian của MHVL2 ......................71 Hình 3.9. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thời gian của MHVL3..........................71 Hình 3.10. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thời gian của MHVL3 ....................72 Hình 3.11. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thực nghiệm với thời gian của MHVL1 ...................................................................................................................................73
x Hình 3.12. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thực nghiệm với thời gian của MHVL1 ...................................................................................................................................73 Hình 3.13. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thực nghiệm với thời gian của MHVL2 ...................................................................................................................................74 Hình 3.14. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thực nghiệm với thời gian của MHVL2 ...................................................................................................................................75 Hình 3.15. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thực nghiệm với thời gian của MHVL3 ...................................................................................................................................75 Hình 3.16. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thực nghiệm với thời gian của MHVL3 ...................................................................................................................................76 Hình 3.17. Mặt bằng các vùng xử lý của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng ...77 Hình 3.18. Mặt cắt địa chất vùng 1 của công trình Pvtex Đình Vũ - Hải Phòng [9] ...................................................................................................................................78 Hình 3.19. Điều kiện biên mô đun SIGMA/W .........................................................80 Hình 3.20. Điều kiện biên mô đun SEEP/W .............................................................80 Hình 3.21. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thời gian của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng ...............................................................................................................80 Hình 3.22. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thời gian của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng .........................................................................................................81 Hình 3.23. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng .........................................................................................................81 Hình 3.24. Quan hệ giữa ALNLR thực nghiệm và thời gian của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng ................................................................................................82 Hình 3.25. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thực nghiệm với thời gian của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng .............................................................................82 Hình 3.26. Quan hệ ALNLR tính toán và thực nghiệm với thời gian của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng ......................................................................................83 Hình 3.27. Mặt bằng các vùng xử lý của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh .................................................................................................................84
xi Hình 3.28. Mặt cắt địa chất của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh [53] ...........................................................................................................85 Hình 3.29. Điều kiện biên trong mô đun SIGMA/W ................................................86 Hình 3.30. Điều kiện biên trong mô đun SEEP/W ...................................................86 Hình 3.31. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh ....................................................................................87 Hình 3.32. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh ...........................................................................87 Hình 3.33. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh ...........................................................................88 Hình 3.34. Quan hệ giữa ALNLR thực nghiệm và thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh ...........................................................................88 Hình 3.35. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thực nghiệm với thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh....................................................89 Hình 3.36. Quan hệ giữa ALNLR tính toán và thực nghiệm với thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh....................................................89 Hình 3.37. Mặt bằng các vùng xử lý của công trình nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai ................................................................................................................90 Hình 3.38. Mặt cắt địa chất của công trình nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai [14] ..........................................................................................................91 Hình 3.39. Điều kiện biên mô đun SIGMA/W .........................................................92 Hình 3.40. Điều kiện biên mô đun SEEP/W ............................................................92 Hình 3.41. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai .................................................................................93 Hình 3.42. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai ........................................................................93 Hình 3.43. Quan hệ giữa độ lún tính toán và thực nghiệm với thời gian của công trình nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai.................................................94 Hình 4.1. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý 10 m ...................................................................................................................................98
xii Hình 4.2. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý 15 m ...................................................................................................................................98 Hình 4.3. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý 20 m ...................................................................................................................................99 Hình 4.4. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý 25 m ...................................................................................................................................99 Hình 4.5. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý 30 m .................................................................................................................................100 Hình 4.6. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 10 m ........................................................................................102 Hình 4.7. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 15 m ........................................................................................103 Hình 4.8. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 20 m ........................................................................................104 Hình 4.9. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 25 m ........................................................................................105 Hình 4.10. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 30 m ........................................................................................106 Hình 4.11. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố kết là 80% ................................................................................................107 Hình 4.12. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố kết là 85% ................................................................................................108 Hình 4.13. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố kết là 90% ................................................................................................109 Hình 4.14. Quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố kết là 95% ................................................................................................110
xiii MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số công trình ứng dụng phương pháp có màng kín khí (MVC) ..........9 Bảng 1.2. Một số công trình ứng dụng phương pháp không có màng kín khí .........10 Bảng 2.1. Các chỉ tiêu cơ lý của đất trước thí nghiệm ..............................................40 Bảng 2.2. Sức chống cắt không thoát nước của đất theo độ sâu trước thí nghiệm ...41 Bảng 2.3. Kết quả độ lún dự báo theo Asaoka MHVL1 ...........................................49 Bảng 2.4. Kết quả độ lún dự báo theo Asaoka của MHVL2 ....................................52 Bảng 2.5. Kết quả độ lún dự báo theo Asaoka MHVL3 ...........................................55 Bảng 2.6. Các chỉ tiêu cơ lý của đất sau thí nghiệm của MHVL1 ............................57 Bảng 2.7. Sức chống cắt không thoát nước sau thí nghiệm của MHVL1.................58 Bảng 2.8. Các chỉ tiêu cơ lý của đất sau thí nghiệm MHVL2 ..................................59 Bảng 2.9. Sức chống cắt không thoát nước của đất theo độ sâu sau thí nghiệm của MHVL2 .....................................................................................................................60 Bảng 2.10. Các chỉ tiêu cơ lý của đất sau thí nghiệm MHVL3 ................................61 Bảng 2.11. Sức chống cắt không thoát nước của đất theo độ sâu sau thí nghiệm của MHVL3 .....................................................................................................................62 Bảng 3.1. Khoảng cách và chiều dài bấc thấm xử lý cho các vùng [30] ..................77 Bảng 3.2. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất của công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng ...................................................................................................................................78 Bảng 3.3. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tính toán tại công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng ..................................................................................................................79 Bảng 3.4. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất của công trình nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh .......................................................................................................85 Bảng 3.5. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất của công trình nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai ...................................................................................................92 Bảng 4.1.Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tại công trình nhà máy nhiệt điện Thái Bình ...................................................................................................................................97 Bảng 4.2. Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian của các loại đất yếu ..........................101
xiv Bảng 4.3. Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý 10 m .................................................................................................................................102 Bảng 4.4. Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 15 m .................................................................................................................................103 Bảng 4.5. Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 20 m .................................................................................................................................104 Bảng 4.6. Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 25 m .................................................................................................................................105 Bảng 4.7. Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 30 m .................................................................................................................................106 Bảng 4.8. Chiều dày nền đất yếu xử lý, chỉ số dẻo và thời gian khi độ cố kết là 80% .................................................................................................................................107 Bảng 4.9. Chiều dày nền đất yếu xử lý, chỉ số dẻo và thời gian khi độ cố kết là 85% .................................................................................................................................108 Bảng 4.10. Chiều dày nền đất yếu xử lý, chỉ số dẻo và thời gian khi độ cố kết là 90% .................................................................................................................................109 Bảng 4.11. Chiều dày nền đất yếu xử lý, chỉ số dẻo và thời gian khi độ cố kết là 95% .................................................................................................................................110
xv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a - Hệ số nén lún của đất ALNLR - Áp lực nước lỗ rỗng C - Cường độ lực dính Cc - Chỉ số nén lún Ceq - Hệ số cố kết tương đương Ch - Hệ số cố kết theo phương ngang Cr - Hệ số cố kết theo phương bán kính Cs - Chỉ số nở Cv - Hệ số cố kết phương thẳng đứng C - Chỉ số nén lún thứ cấp de - Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm dw - Đường kính quy đổi của bấc thấm e0 - Hệ số rỗng ban đầu của đất Fn - Hệ số khoảng cách bấc thấm Fs - Hệ số vùng xáo trộn Fw - Hệ số kháng giếng g - Gia tốc trọng trường G - Độ bão hòa của đất Gs - Tỷ trọng Hi - Chiều dày lớp đất thứ i Hdr - Đường thoát nước lớn nhất kr - Hệ số thấm phương bán kính ks - Hệ số thấm ngang vùng xáo trộn kv - Hệ số thấm phương đứng l - Chiều dài bấc thấm LI - Chỉ số chảy MHVL - Mô hình vật lý
xvi MVC - Cố kết chân không theo phương pháp có màng kín khí pvac - Áp suất chân không PIE - Thiết bị quan trắc áp lực nước lỗ rỗng PVD - Vật thoát nước thẳng đứng qw - Lưu lượng yêu cầu cho bấc thấm Sc, St - Độ lún Su - Sức chống cắt không thoát nước t - Thời gian Tr , T v - Nhân tố thời gian TEN - Thiết bị quan trắc lún u - Áp lực nước lỗ rỗng dư Ur - Độ cố kết theo phương bán kính Uv - Độ cố kết theo phương đứng  - Trọng lượng thể tích tự nhiên d - Trọng lượng thể tích khô w - Trọng lượng riêng của nước  - Hệ số nở hông  - Ứng suất
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Một phần lớn lãnh thổ Việt Nam có thành tạo đất yếu, đặc biệt là các vùng đồng bằng ven sông, ven biển. Ở những vùng này có đất đai trù phú, dân cư đông đúc, và có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Với việc đẩy mạnh xây dựng và hoàn thiện cơ sở hạ tầng nhằm đáp ứng sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và ứng phó với biến đổi khí hậu toàn cầu, đã và đang đòi hỏi xây dựng hàng loạt các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông và thủy lợi trên các vùng đất này. Vì thế nhiều thành phố, khu công nghiệp, cảng biển, khu du lịch, đường giao thông…đang được đầu tư xây dựng với tốc độ ngày càng lớn và phần lớn nền của các công trình này là mềm yếu cần được xử lý để tăng sức chịu tải, giảm độ lún, đảm bảo ổn định công trình. Có rất nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu, nhưng tùy thuộc vào điều kiện và đặc điểm của mỗi công trình có thể chọn một phương pháp xử lý cho phù hợp. Với đặc điểm các vùng có chiều dày đất yếu lớn, diện xử lý rộng, dài, cần rút ngắn thời gian xử lý thì việc tìm ra phương pháp xử lý mới có hiệu quả là một thách thức của các nhà địa kỹ thuật và mang ý nghĩa thời sự. Phương pháp cố kết chân không được ứng dụng thành công trên thế giới và Việt Nam bước đầu ứng dụng. Phương pháp này có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như: Thời gian thi công ngắn, giảm được chiều cao gia tải trước, vì thế tiết kiệm được vật liệu gia tải, công tác dỡ tải sau xử lý gọn, thi công không gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt phù hợp khi xử lý nền trên diện rộng, dài. Việt Nam đã ứng dụng phương pháp này để xử lý nền cho một số công trình công nghiệp, đường giao thông, cảng biển, với công nghệ và trang thiết bị do các đơn vị nước ngoài phụ trách. Việc am hiểu, chủ động được công nghệ và xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số của nền đất trong quá trình cố kết chân không cho một số loại đất yếu ở Việt Nam mang ý nghĩa thời sự và cần thiết. Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu để xây dựng công trình có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn.
2 2. Mục đích của đề tài - Xác định quy luật biến thiên áp lực nước lỗ rỗng và biến dạng (lún) của nền đất yếu trong quá trình cố kết chân không. - Xây dựng mối quan hệ giữa chỉ số dẻo (PI), độ cố kết (U), chiều dày nền đất yếu xử lý (H) và thời gian cố kết (t) khi xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đất yếu ven sông, ven biển khu Đình Vũ – Hải Phòng, Duyên Hải – Trà Vinh, Nhơn Trạch – Đồng Nai, Nhiệt điện Thái Bình – Thái Bình. - Các loại đất yếu khu vực khác có các chỉ tiêu cơ lý tương đồng. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu trên thế giới và ở Việt Nam. Đánh giá tồn tại về kỹ thuật và chỉ ra vấn đề mà luận án tập trung giải quyết. - Ứng dụng cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán thiết kế giải pháp cố kết chân không, tính toán đưa ra các thông số của quá trình cố kết cho loại đất yếu nghiên cứu để làm cơ sở đối chiếu, so sánh với kết quả thực nghiệm của MHVL và hiện trường. - Nghiên cứu lắp đặt, vận hành hệ thống, các thiết bị thí nghiệm để chủ động về công nghệ cố kết chân không. - Nghiên cứu thực nghiệm về quy luật biến thiên ALNLR và biến dạng của nền đất trong quá trình cố kết chân không bằng các MHVL. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng được đối chiếu so sánh với kết quả tính toán từ mô hình số để xem xét sự phù hợp của mô hình số tính toán. - Sử dụng mô hình số được chọn, tính toán ứng dụng cho các công trình thực tế, so sánh kết quả tính toán với kết quả thực nghiệm công trình của chúng với nhau để khẳng định sự hợp lý của mô hình số.