Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 – Tỉnh Hậu Giang

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn phân tích ảnh hưởng khi thay đổi chiều sâu và khoảng cách cắm bấc thấm đến tốc độ cố kết và tốc độ thoát nước lỗ rổng thẳng dư trong nền đất yếu; phân tích tính hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng bấc thấm đến tốc độ cố kết nền đất yếu; tính toán với một công trình cụ thể ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh hay lân cận.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 – Tỉnh Hậu Giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHẠM ĐÀO VIỆT ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 TỈNH HẬU GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số ngành: 60580208 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHẠM ĐÀO VIỆT ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 TỈNH HẬU GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số ngành: 60580208 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VÕ PHÁN TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. VÕ PHÁN (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) PGS.TS. VÕ PHÁN Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 03 tháng 05 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Khổ ng Tro ̣ng Toàn Chủ tịch 2 PGS.TS Dương Hồ ng Thẩ m Phản biện 1 3 TS. Trầ n Tuấ n Nam Phản biện 2 4 TS. Trương Quang Thành Ủy viên 5 TS. Nguyễn Văn Giang Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS. KHỔNG TRỌNG TOÀ N
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày.… tháng…..năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : PHẠM ĐÀO VIÊT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/07/1986 Nơi sinh: Hà Tĩnh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV:1441870021 I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 – TỈNH HẬU GIANG II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÂC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT YẾU KHI SỬ DỤNG BẤC THẤM CÓ GIA TẢI TRƯỚC BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHÁC NHAU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 – TỈNH HẬU GIANG. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG KHI THAY ĐỔI CHIỀU SÂU VÀ KHOẢNG CÁCH CẮM BẤC THẤM ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………………………………………………….. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: .................................................................... V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. VÕ PHÁN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS. VÕ PHÁN
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Phạm Đào Việt
ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin được cảm ơn Quý Thấy (Cô) trong khoa Xây dựng trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ, đã truyển đạt cho tôi những kiến thức quý báu và tâm huyết trong suốt 3 học kỳ vừa qua. Đó là những kiến thức nền tảng cho tôi hoàn thành cuốn luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS. Võ Phán, người thầy đã tận tình hướng dẫn, từ những bước đi sơ khai ban đầu, đến những kiến thức chuyên nghành đầy vô giá. Để rồi từ đó tôi bắt đầu sơ lược và kết nối những kiến thức đó lại với nhau để hoàn thành nên nội dung chính của đề tài mà tôi đã thực hiện. Một lần nữa xin cảm ơn người Thầy đầy tâm huyết và tâm lý đã thường xuyên đôn đốc, nhắc nhở nhiều điều cho tôi, người Thầy không những truyền đạt những kiến thức trong sách vở mà còn cả những bài học cuộc sống. Những điều đó đã tạo động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất. Xin cảm ơn các Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên của Phòng Quản Lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập. Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lời biết ơn sâu sắc nhất. Tôi xin chân thành cảm ơn. Học Viên Thực Hiên Luận Văn Phạm Đào Việt
iii TÓM TẮT Hiê ̣n nay, có nhiề u phương pháp xử lý nề n đấ t yế u đã được nghiên cứu và ứng dựng thành công ta ̣i Viê ̣t Nam, trong đó gia tải trước kế t hợp với bấ c thấ m là mô ̣t phương pháp được áp du ̣ng phổ biế n nhấ t ở nước ta với nhiề u ưu điể m nổi bâ ̣t mà các phương pháp khác không đáp ứng được. Bằ ng các nghiên cứu, tổ ng hợp các tài liê ̣u tác giả trıǹ h bày tổ ng quan về nguyên lý cấ u ta ̣o, cơ chế hoạt đô ̣ng của phương pháp, trình tự thi công, cơ sở lý thuyế t tı́nh toán đô ̣ lún của nề n dưới tác dụng của việc gia tải trước kế t hợp bấ c thấ m. Dựa trên số liê ̣u đầ u vào của công trı̀nh thực tế , tác giả sử du ̣ng phầ n mề m Plaxis 2D mô phỏng bà toán gia tải trước kết hợp bấc thấ m theo phương pháp quy đổ i tương đương vùng đất có bấ c thấm và phương pháp sử du ̣ng phầ n tử Drain mô phỏng sự làm viê ̣c nền đấ t yế u có cắ m bấ c thấ m. Đồng thời phân tıć h ứng xử của nề n đấ t yếu cho các trường hợp cắ m bấ c thấ m theo các đô ̣ sâu và khoảng cách cắ m bấ c thấ m khác nhau.
iv ABSTRACT In recent times, there are many methods of treatment soft soil has been studied and successfully applied in Viet Nam, surcharge preloading method in combination of used prefabricated vertical drain (PVD) is almost applied in our country with many advantages others cannot meet. In study, synthetic material the author presents an overview of principles of techniques, mechanism of method, order construction, the theoretical basis of calculating the ground settlement under the influence simultanneous fill load and set prefabricated vertical drains. With geologic data of real contruction, I will use Plaxis 2D softwaer to simulate the problem of surcharge preloading with PVD by two methods: equivalence conversion of soil area that have PVD method and drains cell method to emulate behavior of soft with PVD. In addition, I will analyse the respond of soft soil with different depth of in sert PVD distance in accordance with different preloading.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 I. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................ 1 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU......................................................................... 2 III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 3 IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN ..................................................... 3 V. PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ:..................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM ............................................. 4 1.1 CÁC ĐẶC TRUNG CƠ BẢN ĐẤT YẾU MIỀN NAM VIỆT NAM .................. 4 1.1.1. Khái niệm và phân loại đất yếu................................................................ 4 1.1.2. Đặc trưng và trạng thái vật lý đất yếu miền Nam Việt Nam. .................... 4 1.1.3. Đặc điểm cơ lý của đất yếu: ..................................................................... 7 1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM. ................................................................................................... 8 1.2.1. Giới thiệu. ............................................................................................... 8 1.2.2. Nguyên lý tổng quát của phương pháp gia tải đất đắp .............................. 8 1.2.3. Ưu nhược điểm của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm. ........ 9 1.3. TỔNG QUAN VỀ BẤC THẤM ............................................................... 10 1.3.1. Lịch sử phát triển:.................................................................................. 10 1.3.2. Tác dụng................................................................................................ 13 1.3.3. Nhược điểm. .......................................................................................... 13 1.3.4. Phương pháp thi công. ........................................................................... 16 1.4. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA PVD ................................................................ 18 1.4.1. Một số yêu cầu đối với bấc thấm. .......................................................... 18 1.4.2. Tiêu chuẩn đối với bộ lọc ...................................................................... 19 1.4.3. Kích thước lỗ rỗng của bộ lọc. ............................................................... 19 1.4.4. Tiêu chuẩn về độ bền bấc thấm. ............................................................. 20 1.5. CẤU TẠO HỆ BẤC THẤM..................................................................... 20 1.6. CẤU TẠO TẦNG ĐỆM CÁT THOÁT NƯỚC VÀ CHỊU LỰC. .................... 22 1.6.1. Vai trò của tầng đệm cát thoát nước:...................................................... 22 1.6.2. Yêu cầu chiều dày tầng đệm cát............................................................. 22 1.6.3. Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng đệm cát. ............................................ 22 1.7. ẢNH HƯỞNG BIẾN DẠNG CỦA BẤC THẤM ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA . ................................................................................................... 23
vi CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BẤC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .................................. 25 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM .................. 25 2.1.1. Các giả thiết của bài toán cố kết ............................................................ 25 2.1.2. Bài toán cố kết cơ bản ........................................................................... 25 2.2. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BẤC THẤM ................................................... 27 2.2.1 Khái niệm cơ bản: .................................................................................. 27 2.2.2. Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo. 1981) ................. 30 2.2.3. Chiều sâu cắm bấc thấm ........................................................................ 33 2.2.4. Nguyên tắc tính toán gia tải đất đắp ....................................................... 34 2.3. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỂ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN GIA TẢI TRƯỚC. ........................................................................ 38 2.3.1. Lịch sử hình thành phương pháp phần tử hữu hạn. ................................ 38 2.3.2. Giới thiệu phương pháp phần tữ hữu hạn. .............................................. 38 2.3.3. Mô phỏng bấc thấm trong phương pháp phần tử hữu hạn ...................... 39 2.3.4. Điều kiện biên trong phương pháp phần tửu hữu hạn ............................. 42 2.4. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2. ....................................................................... 42 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT YẾU KHI SỬ DỤNG BẤC THẤM CÓ GIA TẢI TRƯỚC BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHÁC NHAU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 – HẬU GIANG ................................................................................................. 44 3.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH. ................................................................... 44 3.1.1. Giới thiệu chung. ................................................................................... 44 3.1.2. Quy mô và các thông số kỹ thuật liên quan đến công trình. ................... 44 3.2. CÁC THÔNG SỐ ĐƯA VÀO BÀI TOÁN. ................................................ 46 3.3. TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS 2D V8.5 ................................................................................... 47 3.3.1. Mô phỏng theo phương hướng 2 (quy đổi tương đương vùng đất có bấc thấm) ......................................................................................................................... 47 3.3.2. Mô phỏng bài toán theo phương hướng 1 (bấc thấm được mô phỏng như phần tử với vật liệu đàn hồi thoát nước). .................................................................... 54 3.4. TÍNH TOÁN LÚN CỦA ĐẤT NỀN THEO TCVN: 9355- 2012. .................... 61 3.4.1. Tính độ lún cố kết Sc (Khi nền đất chưa có bấc thấm) ........................... 61 3.4.2. Xét trong trường hợp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước. ......................................................................................................................... 64 3.4.3. Tính toán độ lún theo thời gian khi sử dụng bấc thấm. ........................... 66 3.5. TỔNG HỢP SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. ........................................ 67 3.6. NHẬN XÉT CHƯƠNG 3. ....................................................................... 67
vii CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG KHI THAY ĐỔI KHOẢNG CÁCH VÀ CHIỀU SÂU CẮM BẤC THẤM ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ................................................. 68 4.1. TƯƠNG QUAN GIỮA KHOẢNG CÁCH BẤC THẤM VÀ TỐC ĐỘ CỐ KẾT ..................................................................................................... 68 4.1.1. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 1.0m .......................................................................................................................... 70 4.1.2. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 1,5m .......................................................................................................................... 72 4.1.3. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 2.0m .......................................................................................................................... 74 4.1.4. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 2,5m .......................................................................................................................... 76 4.1.5. Tổng hợp kết quả tính toán .................................................................... 78 4.2.TƯƠNG QUAN GIỮA CHIỀU SÂU BẤC THẤM VÀ ĐỘ CỐ KẾT .............. 78 4.2.1. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 8m (các thông số gia tải giố ng như trên) .................................................................... 79 4.2.2 Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 10m (các thông số gia tải giố ng như trên) .................................................................. 81 4.2.3. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 12m (các thông số gia tải giố ng như trên) .................................................................. 83 4.2.4. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 14m (các thông số gia tải giố ng như trên) .................................................................. 85 4.2.5. Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 17m (các thông số gia tải giố ng như trên) .................................................................. 87 4.2.6. Kết quả phân tích độ lún theo thời gian ................................................. 89 4.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG 4 ........................................................................ 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 90 I. KẾT LUẬN. ............................................................................................. 90 II. KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ................................. 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 91
viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Phân loại dộ chặt của đất cát theo hệ số rỗng e ......................................... 6 Bảng 1.2. Phân loại đất dính theo IP ....................................................................... 7 Bảng 1.3. Đánh giá trạng thái đất dính theo độ nhão IL............................................. 7 Bảng 1.4. Một số loại bấc thấm đã được sử dụng ( Bo et al. 2003) ......................... 11 Bảng 1.5 Kıć h thước của mô ̣t số kiế m cắ m dùng trong thi công .............................. 17 Bảng 3.1 Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất. ................................................................... 46 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuâ ̣t của bấ c thấ m. ............................................................ 46 Bảng 3.3 Các thông số khai báo trong mô hình các lớp đất. .................................... 48 Bảng 3.4 Các thông số khai báo trong mô hình các lớp cát. ................................... 49 Bảng 3.5. Kết quả tính toán kwp và khp lớp đất thứ 1 ............................................... 55 Bảng 3.6. Kết quả tính toán kwp và khp lớp đất thứ 2 ............................................... 56 Bảng 3.7. Các thông số trong mô phỏng phương hướng 1. ..................................... 56 Bảng 3.8 Độ cố kết U v đạt được tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv ....................... 63 Bảng 3.9. Kết quả tính toán độ cố kết chung U và độ lún theo thời gian S t ............... 65 Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tính lún nền đất bằng các phương pháp tính toán khác nhau. ................................................................................................................. 67 Bảng 4.1. Các trường hợp thay đổi khoảng cách bấc thấm ...................................... 68 Bảng 4.2. Hệ số thấm ngang trong mô hình phẳng ................................................. 69 Bảng 4.3. Hệ số thấm đứng trong mô hình phẳng .................................................. 69 Bảng 4.4. Kết quả tính toán lún nền đất cho các trường hợp khoảng cách cắm bấc thấm khác nhau: ................................................................................................. 78 Bảng 4.5 Các trường hợp thay đổi chiều sâu cắm bấc thấm .................................... 78 Bảng 4.6. Kết quả tính toán lún nền đất cho các trường họp chiều sâu cắm bấc thấm khác nhau. ......................................................................................................... 89
ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Các loại bấc thấm. ..................................................................................... 12 Hình 1.2. Thi công bấc thấm ..................................................................................... 12 Hình 1.3 Hệ thống cẩu (Rig system) tại hiện trường .................................................. 15 Hình 1.4. Thi công bấc thấm dùng hệ thống cẩu (Rig system) ở hiện trường. ............ 15 Hình 1.5. Một số loại tiết diện kiếm cắm (Mandrel) [8] ............................................ 17 Hình 1.6. Quy trình thi công bấc thấm....................................................................... 18 Hình 2.1 Mặt cắt điển hình của băng thoát nước (Theo Holtz và cộng sự, 1991) ...... 29 Hình 2.2 Kiểu bố trí bấc thấm trên mặt bằng ............................................................. 30 Hình 2.3 Vật thoát nước đứng gồm vùng xáo trộn và vùng tăng sức cản. .................. 30 Hình 2.4 Đặc trưng vùng xáo trộn ( Rujikiatkamjorn and Indraratna 2007) .............. 32 Hình 2.5 Chiều sâu cắm bấc thấm nhỏ hơn chiều sâu vùng tính lún........................... 34 Hình 2.6. Mô hình chuyển đổi các thông số từ mô hình đối xứng (ĐXT) sang mô hình phẳng(MHP) ........................................................................................................... 41 Hình 3.1. Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1. ............................................................... 44 Hình 3.2 Mặt bằng tổng thể khu nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1- Hậu Giang. .......... 45 Hình 3.3 Mặt cắt địa chất khu vực tính toán .............................................................. 47 Hình 3.4. Mô phỏng khối đất quy đổi vùng tương đương bấc thấm. .......................... 50 Hình 3.5. Chia lưới phần tử trong mô hình. ............................................................... 51 Hình 3.6. Biến dạng lún của đất nền sau khi kết thúc thời gian chất tải. .................... 51 Hình 3.7. Biến dạng lún của đất nền tại mỗi khu vực................................................. 52 Hình 3.8. Chuyển vị của các vị trí trên mặt cắt A- A’. .............................................. 52 Hình 3.9. Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất. ........................................... 53 Hình 3.10. Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư trong nền. ................................ 53 Hình 3.11 Sự phân bố ứng suất hữu hiệu theo phương đứng...................................... 54 Hình 3.12 Mô phỏng bấc thấm bằng vật liệu đàn hồi thoát nước Drain. .................... 57 Hình 3.13 Chia lưới phần tử mô hình. ....................................................................... 57 Hình 3.14 Biến dạng lún nền đất khi cố kết hoàn toàn .............................................. 58 Hình 3.15 Chuyển vị cụ thể của đất tại cac khu vực khác nhau.................................. 58 Hình 3.16 Biến dạng của các vị trí theo phương ngang. ............................................. 59 Hình 3.17 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư trong nền sau 270 ngày chất tải.59 Hình 3.18 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư. ................................................. 60 Hình 3.19 Sự phân bố ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng. ........................... 60 Hình 3.21 Toán đồ Osterberg . ................................................................................. 62 Hình 3.20 Biểu đồ cố kết theo thời gian sau 270 ngày .............................................. 66 Hình 3.21 Biểu đồ độ lún theo thời gian sau 270 ngày.............................................. 66 Hình 4.1 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm là 1m ......................................... 70 Hình 4.2 Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm 1.0m ................................. 70 Hình 4.2a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm 1.0m .......................... 71
x Hình 4.3 Ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm 1m ....................................... 71 Hình 4.4 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm l,5m ........................................ 72 Hình 4.5 Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm l,5m ................................ 72 Hình 4.5a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm l,5m ......................... 73 Hình 4.6. Ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm l,5m................................. 73 Hình 4.7 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm 2.0m .......................................... 74 Hình 4.8 Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm 2.0m ................................. 74 Hình 4.8a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm 2.0m .......................... 75 Hình 4.9 ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm 2.0m ..................................... 75 Hình 4.10 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm 2,5m ........................................ 76 Hình 4.11. Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm 2,5m............................... 77 Hình 4.11a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm 2,5m......................... 77 Hình 4.12. ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm 2,5m .................................. 77 Hình 4.13 Độ lún đất nền khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 8m .................................. 79 Hình 4.14 Áp lực nước lỗ rỗng khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 8m ......................... 79 Hình 4.14a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 8m .................. 80 Hình 4.15 Ứng suất hữu hiệu khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 8m ............................ 80 Hình 4.16 Độ lún đất nền khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 10m ................................ 81 Hình 4.17 Áp lực nước lỗ rỗng khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 10m ....................... 81 Hình 4.17a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 10m ................ 82 Hình 4.18 Ứng suất hữu hiệu khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 10m .......................... 82 Hình 4.19 Độ lún đất nền khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 12m ................................ 83 Hình 4.20 Áp lực nước lỗ rỗng khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 12m ....................... 83 Hình 4.20a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 12m ................ 84 Hình 4.21 Ứng suất hữu hiệu khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 12m .......................... 84 Hình 4.22 Độ lún đất nền khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 14m ................................ 85 Hình 4.23 Áp lực nước lỗ rỗng khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 14m ....................... 85 Hình 4.23a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 14m ................ 86 Hình 4.24 Ứng suất hữu hiệu khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 14m .......................... 86 Hình 4.25 Độ lún đất nền khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 17m ................................ 87 Hình 4.26 Áp lực nước lỗ rỗng khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 17m ....................... 87 Hình 4.26a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 17m ................ 88 Hình 4.27 Ứng suất hữu hiệu khi chiề u sâu cắ m bấ c thấ m là 17m .......................... 88
xi MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN a, av (m2/kN) Hệ số nén; a0 (m2/kN) Hệ số nén thể tích; c (kg/m2) Lực dính của đất; cu (kPa) Lực dính của đất nền trong điều kiện không thoát nước; Cc Chỉ số nén; Cs Chỉ số nở; Cv Hệ số cố kết theo phương đứng; Ch Hệ số cố kết theo phương ngang; Cr Hệ số cố kết theo phương ngang hướng tâm; Cvz Hệ số cố kết theo phương z phụ thuộc đặc tính của đất; De (m) Đường kính ảnh hưởng của giếng cát; dw (m) Đường kính giếng cát; ds (m) Đường kính vùng bị xáo trộn; L (m) Khoảng cách giữa các trục giếng cát; e Hệ số rỗng; e0 Hệ số rỗng ứng với thời điểm trước khi xây dựng; e0i Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu; (Chưa đắp nền bên trên) ep Hệ số rỗng khi có tải trọng ngoài; E (kPa) Modul biến dạng; hdd (m) Chiều cao đắp nền; h (m) Chiều dài đường thấm trong đất; H (m) Chiều dày lớp đất có giếng cát; kv (m/s) Hệ số thấm theo phương đứng; kh (m/s) Hệ số thấm theo phương ngang; m Hệ số kinh nghiệm; Nc Hệ số sức chịu tải; P0 (kPa) Ứng suất hữu hiệu trung bình do trọng lượng bản thân gây ra; qgh (kPa) Tải trọng giới hạn; Sc (m) Độ lún cố kết thấm; St (m) Độ lún theo thời gian; Si (m) Độ lún tức thời; Ss (m) Độ lún cố kết thứ cấp – lún do từ biến;
xii S (m) Độ lún ổn định; S (m) Khoảng cách giữa các tim các; Su (m) Sức chống cắt không thoát nước; s Độ xáo trộn; Thp Nhân tố thời gian đối với sự thoát nước ngang trong trường hợp biến dạng phẳng; Tv Nhân tố thời gian; t (s) Thời gian; u Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất; u Áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính toán t; u0 Áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm ban đầu; Ut Độ cố kết theo thời gian t; Uv Độ cố kết theo phương đứng; Uh Độ cố kết theo phương ngang; R (m) Bán kính ảnh hưởng của giếng cát; r (m) Bán kính giếng; rw (m) Bán kính giếng cát; rs (m) Bán kính vùng bị xáo trộn; W (%) Độ ẩm; WL (m) Giới hạn chảy; Wp (m) Giới hạn dẻo; w (kN/m3) Dung trọng của nước;  dd (kN/m3) Dung trọng của khối đất đắp;  (độ) Góc ma sát trong của đất;  (kN/m )3 Dung trọng tự nhiên;  bt (kN/m )2 Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất phía trên gây ra ở độ sâu H a ;  gl (kN/m2) Ứng suất do trọng tải trọng đắp gây ra ở độ sâu H a ;
1 MỞ ĐẦU I. ĐẶT VẤN ĐỀ Sự phát triển của nền kinh tế nước ta những năm gần đây gắn liền với sự phát triển nhah chóng của cơ sở hạ tầng. Vì vậy dòi hỏi cấp thiết đặt ra cho ngành xây dựng là phải cải tiến phát triển cả về kỹ thuật lẫn công nghệ để đáp ứng chất lượng, thời gian mà nhu cầu xã hội đặt ra. Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiê ̣p hóa, hiện đa ̣i hóa các khu công nghiệp tâ ̣p trung, cơ sở ha ̣ tầng kỹ thuâ ̣t, khu đô thi ̣mới… đang đươ ̣c xây dưṇ g với tố c độ ngày càng lớn. Nề n móng của các công trình xây dư ̣ng nhà ở, đường sá, đê điề u, đập chắn nước và mô ̣t số công trıǹ h khác trên nề n đát yế u thường đă ̣t ra hàng loa ̣t các vấ n đề phải giải quyế t như: Sức chiụ tải của đấ t nề n thấ p, độ lún lớn và đô ̣ ổ n đinh ̣ của cả diện tích lớn. Việt Nam đươ ̣c biết đế n là nơi có nhiều vùng đấ t yế u, nhiề u thành phố và thị trấn quan trọng đươ ̣c hıǹ h thành trên nền đấ t yế u với những điề u kiê ̣n rấ t phức ta ̣p của đấ t nề n, dọc theo các con sông, kênh ra ̣ch…Thực tế này đòi hỏi phải hıǹ h thành và phát triển các công nghê ̣ thıć h hợp và tiên tiế n để xử lý nề n đấ t yế u. Viê ̣c xử lý nề n đất yếu là vấ n đề bức thiế t và quan tro ̣ng hàng đầ u trong nghành xây dựng hiê ̣n đa ̣i. Lún cố kết gây ra rất nhiều thiệt hại về kinh tế, gây cản trở giao thông và có thể gây nguy hiểm tới tính mạng của người dân. Tuy nhên guyên nhân gây lún vẫn chưa được nghiên cứu hệ thống hóa một cách đầy đủ các giải pháp bù lún, chờ lún, xử lý phần nền của kết cấu công trình là những giải pháp gây mất thời gian, tốn kém và hiệu quả không cao. Vì vậy vấn đề đặt ra là phải có giải pháp xử lý nhằm tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, tăng nhanh độ lún cố kết và rút ngắn quá trình thi công, giảm độ lún của nền trong quá trình khai thác. Hiện nay có nhiều phương pháp để xử lý đất yếu: Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát; phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm…Các phương pháp này qua thử nghiệm đã có tác dụng tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng nhanh quá trình lún của nền, tạo độ lún trước, rút ngắn thời gian thi công và tăng sức chống cắt của đất từ đó làm tăng khả năng chịu tải của đất yếu. Trong các phương pháp nêu trên thì phương pháp xử lý đất yếu bằng gia tải trước kết hợp bấc thấm được dùng phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới bởi nó chứa đựng những ưu điểm.
2 Cố kết của sét yếu trong kỹ thuật nền móng là vấn đề rất phổ biến. Để rút ngắn thời gian cố kết, gia tăng cường độ chống cắt trong đất có tính nén lún cao và hệ số thấm bé, phương pháp sử dụng bấc thấm (PVD) cùng với gia tải trước mang lại lợi ích đáng kể để cải tạo đất yếu có chiều dày lớn và độ ẩm cao. Nước trong đất thoát đến PVD theo phương ngang sau đó thoát tự do dọc theo PVD theo phương đứng. Vì vậy, PVD giảm được chiều dài đường thoát nước trong đất, tăng nhanh quá trình cố kết. PVD tận dụng tính thấm trong đất sét theo phương ngang cao hơn phương đứng để tăng độ cố kết và tăng độ ổn định của đất yếu. Ngoài ra, bấc thấm được sử dụng rộng rãi vì thi công nhanh (tốc độ cắm khoảng 150-600 mm/s, (Rixner et al, 1986), cơ giớ hóa cao, thân thiện với môi trường. Tuy nhiên việc xử lý bằng phương pháp gia tải trước kết hơp bấc thấm còn một số vấn đề tồn tại. Việc tính toán thiết kế bấc thấm bằng lời giải giả tích như vẫn đang sử dụng hiện nay thì việc dự báo ứng xử qua thời gian là khó khăn mà mất nhiều thời gian. Còn vấn đề mô phỏng nền đất yếu được xử lý bằng gia tỉa kết hợp bấc thấm bằng các phần mềm chuyên dụng tại Việt Nam còn nhiều hạn chế và chưa được phổ biến rộng rãi. Đối với nền đất yếu có bề dày lớn, việc xác định chiều sâu tắt lún, chiều sâu cắm bấc thấm vẫn còn đang tồn tại nhiều ý kiến khác nhau. Việc xử lý bấc thấm đến hết phạm vi gây lún có thể không kinh tế hoặc nhiều khi không thực hiện được. Nếu có thể đưa ra một chiều sâu cắm bâc thấm hợp lý thì phải vừa giảm giá thành xây dựng mà vẫn đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật, thời gian, ổn định. Ngoài ra hiệu quả của việc xử lý bấc thấm còn bị ảnh hưởng của các thông số tính toán (chiều sâu cắm bấc thấm, khoảng cách cắm bấc thấm, chiều cao đắp tải…) II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Những vấn đề tồn tại được trình bày như trên cũng là mục đích nghiên cứu của đề tài này. Do đó, trong đề tài này tác giả sẽ tập trung nghiên cứu những nô ̣i dung cu ̣ thể như sau: - Phân tích ảnh hưởng khi thay đổi chiề u sâu và khoảng cách cắ m bấ c thấ m đế n tố c đô ̣ cố kết và tố c đô ̣ thoát nước lỗ rổ ng thẳng dư trong nề n đấ t yế u. - Phân tıć h hiê ̣u quả của viê ̣c sử du ̣ng và không sử du ̣ng bấ c thấ m đế n tố c đô ̣ cố kế t nề n đất yế u. - Tính toán với một công trıǹ h cu ̣ thể ở khu vư ̣c Thành phố Hồ Chı́ Minh hay lân câ ̣n.
3 III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Sử du ̣ng phương pháp phần tử hữu ha ̣n để mô phỏng bài toán gia tải trước kế t hơ ̣p bấ c thấm. - Sử du ̣ng bài toán mô phỏng Plaxis 2D để khảo sát khoảng cách giữa hai bấ c thấm và ảnh hưởng của chiề u sâu cắ m bấ c thấ m đế n hiê ̣u quả sử du ̣ng bấ c thấ m. - Sử du ̣ng bài toán mô phỏng Plaxis 2D để khảo sát tố c đô ̣ gia tải tố i đa để ổ n đinh ̣ nề n đấ t đắ p. - Mô hình tính toán vâ ̣t liê ̣u theo Morh- coulomb để tıń h lún nề n đấ t yế u sử du ̣ng bấ c thấm kế t hợp gia tải. IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN - Viê ̣c xử lý nề n đấ t yế u bằ ng gia tải trước kế t hơ ̣p cắ m bấ c thấ m đã đươ ̣c sử dụng rộng rãi trong nước và trên thế giới. Có rấ t nhiề u tác giả trong nước và trên thế giới nghiên cứu về giải pháp gia cố nề n đấ t yế u bằ ng gia tải kế t hơ ̣p bấ c thấ m, tuy nhiên việc nghiên cứu chi tiế t về hiệu quả kinh tế tố i ưu khi sử du ̣ng bấ c thấ m chưa đươ ̣c quan tâm đúng mức. - Đề tài nghiên cứu này có thể tham khảo để nghiên cứu những yế u tố khác ảnh hưởng đến hiê ̣u quả kinh tế khi sử du ̣ng phương pháp gia tải đấ t đắp kế t hơ ̣p cắ m bấ c thấ m xử lý nề n đấ t yế u như: Chiề u sâu cắ m bấc thấ m, tố c đô ̣ thoát nước cầ n thiế t của bấ c thấ m, kỹ thuâ ̣t thi công bấ c thấ m…. - Thông qua đề tài nghiên cứu này có thể gơ ̣i ra được những khía ca ̣nh chưa hơ ̣p lý trong lý thuyết tính toán cũng như trong quy trıǹ h quy phạm đang đươ ̣c sử du ̣ng tính toán thiế t kế hiê ̣n nay ở Viê ̣t Nam để nghiên cứu chỉnh sủa cho phù hơ ̣p. V. PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ: - Chỉ sử dụng mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử 2D - Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm ra được ảnh hưởng khoảng cách giữa hai bấc thấm đế n đô ̣ cố kế t của đấ t nề n, tốc độ gia tải tối đa để ổn định nền đắp, những ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến hiệu quả sử dụng bấc thấm. - Áp dụng được cho vùng địa chất để tính toán và mô phỏng mà cụ thể là nền nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 – Tỉnh Hậu Giang. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu về độ lún, chuyển vị ngang của đất và mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư của nền đất.
4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM 1.1 CÁC ĐẶC TRUNG CƠ BẢN ĐẤT YẾU MIỀN NAM VIỆT NAM 1.1.1. Khái niệm và phân loại đất yếu 1.1.1.1. Khái niệm đất yếu Đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có thể dùng làm nền cho móng công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (Sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái nhão. Những loại đất này thường có: - Độ sệt lớn (IL>1) - Hệ số rỗng lớn (e>1) - Góc ma sát trong nhỏ (   100 ) - Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nươc c < 0,15daN/cm2 - Lực dính theo kết quả hiện trường cu < 0,35daN/cm2 - Sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0.1 Mpa - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5. 1.1.1.2. Phân loại đất yếu Những kết quả nghiên cứu của các tác giả trước đây cho thấy bề mặt ở Đồng bằng sông Cửu Long được bao phủ chủ yếu là các loại đất dính: sét, á sét, á cát trạng thái cứng đến chảy dẻo và các loại bùn sét, bùn a sét. Ở điều kiện tự nhiên sức chịu tải của chúng rất yếu, tùy theo từng thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện địa lý và khí hậu mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như: đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích. 1.1.2. Đặc trưng và trạng thái vật lý đất yếu miền Nam Việt Nam. 1.1.2.1. Đặc trưng vật lý: Tầng trầm tích mới thuộc miền Nam Việt Nam là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình. Các lớp đất chính thường gặp là những loại đất sét hữu có