Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp: Ứng dụng công nghệ trộn xi măng dưới sâu và các phương pháp thí nghiệm xác định tính chất của nó trong điều kiện đất yếu khu vực Duyên Hải – Trà Vinh

Chia sẻ: Ochuong_999 Ochuong_999 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài tập trung giải quyết vấn đề nêu trên bao gồm các mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau: Nghiên cứu, tính toán tối ưu hóa tỷ lệ hàm lượng đất/xi măng trong hỗn hợp trụ đất xi măng bằng phương pháp thực nghiệm. Xác định sự thay đổi về độ ẩm, tỉ trọng hạt và giới hạn chảy, giới hạn dẻo của hỗn hợp đất kết hợp với xi măng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp: Ứng dụng công nghệ trộn xi măng dưới sâu và các phương pháp thí nghiệm xác định tính chất của nó trong điều kiện đất yếu khu vực Duyên Hải – Trà Vinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG HUỲNH NGUYỄN NGỌC TIẾN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN XI MĂNG DƯỚI SÂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA NÓ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC DUYÊN HẢI – TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP VĨNH LONG, 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG HUỲNH NGUYỄN NGỌC TIẾN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN XI MĂNG DƯỚI SÂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA NÓ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC DUYÊN HẢI – TRÀ VINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ NGÀNH: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN THÀNH ĐẠT VĨNH LONG, 2016
i XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP KHÓA 1 (0131212A) Học viên thực hiện: HUỲNH NGUYỄN NGỌC TIẾN Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THÀNH ĐẠT Thư ký Hội đồng bảo vệ luận văn: TS. LÊ TRUNG KIÊN Chủ tịch Hội đồng bảo vệ luận văn: TS. PHẠM SANH Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG, Ngày 15 tháng 10 năm 2016.
ii LỜI CAM ĐOAN *** Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các dữ liệu, hình ảnh và biểu đồ trong đề tài là hoàn toàn trung thực, chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào trước đây. Mọi sự giúp đỡ từ các hình ảnh, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn gốc thu thập rõ ràng. Đồng Tháp, ngày 30 tháng 08 năm 2016 Học viên thực hiện Huỳnh Nguyễn Ngọc Tiến
iii LỜI CẢM ƠN *** Qua hai năm nghiên cứu và rèn luyện tại trường Đại học Cửu Long, nhờ sự giảng dạy, hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo và Ban Giám Hiệu đã hướng dẫn và truyền đạt cho học viên những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành! Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy Ts. Nguyễn Thành Đạt, người Thầy đã hết lòng hướng dẫn trong thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua. Thầy không những hỗ trợ học viên rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm, nguồn tài liệu, mà còn những lời động viên, dặn dò hết sức tận tình để giúp học viên hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy PGs.Ts Nguyễn Hoài Sơn cùng các Thầy, Cô, Anh chị nhân viên của Phòng đào tạo sau đại học thuộc trường Đại Học Cửu Long đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho lớp cao học xây dựng dân dụng và công nghiệp hoàn thành tốt chương trình đào tạo. Sau cùng em xin cảm ơn những người thân của em, các anh, chị, bạn bè đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Đồng Tháp, ngày 30 tháng 08 năm 2016 Học viên thực hiện Huỳnh Nguyễn Ngọc Tiến
iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài ................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 4 4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 4 5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài ........................................... 5 6. Hạn chế của đề tài ......................................................................................... 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ....................................................................... 6 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ trộn sâu .................................... 6 1.2 Phương trình bố trí trụ đất xi măng [06]: ................................................... 10 1.3 Công ngệ thi công trụ đất xi măng ............................................................. 10 1.4 Công nghệ trộn khô DJM (Dry Jet Mixing methods)................................. 10 1.5 Công nghệ trộn ướt (Wet – Mixing) ........................................................... 11 1.5.1 Cánh trộn bằng kim loại DMM .................................................................. 11 1.5.2 Phương pháp trộn bằng tia áp lực cao (Jet - Grouting) .............................. 12 1.6 Nhận xét: ............................................................... 14 1.7 Ứng dụng của trụ đất xi măng .................................................................... 14 1.8 Các kết quả nghiên cứu trong nước về trụ đất xi măng .............................. 15 1.9 Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng trong và ngoài nước ............. 16 1.9.1 Một số ứng dụng trụ đất xi măng trên thế giới ........................................... 16 1.9.2 Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng tại Việt Nam ........................ 16 1.10 Nhận xét chương 1:..................................................................................... 18 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG .... 19
v 2.1 Cở sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng [07], [04], [03] ......................... 19 2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như cọc 20 2.1.1.1 Tính toán ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn thứ nhất ... 20 2.1.1.2 Tính toán ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn thứ hai ..... 20 2.1.2 Tính toán theo quan điểm nền tương đương ............................................... 20 2.2 Khả năng chịu tải giới hạn theo quan điểm Viện Địa Kỹ Thuật Châu Á ... 21 2.2.1 Khả năng chịu tải giới hạn của cọc đơn...................................................... 21 2.2.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc................................................... 22 2.3 Tính toán khả năng biến dạng..................................................................... 22 2.4 Tính toán các thông số, bố trí hình học của trụ đất xi măng ...................... 24 2.5 Nhận xét chương II ..................................................................................... 25 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ĐẶC TRƯNG CỦA TRỤ ĐẤT XI MĂNG .................................................................................. 26 3.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư .......................................... 26 3.1.1 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nền....................................... 26 3.1.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của xi măng ..................................... 26 3.1.3 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu của nước ...................................................... 26 3.2 Quy trình chế bị mẫu .................................................................................. 29 3.2.1 Xác định tỷ lệ xi măng ................................................................................ 29 3.2.2 Chế bị mẫu .................................................................................................. 31 3.2.3 Chế độ bảo dưỡng mẫu sau khi chế bị ........................................................ 32 3.2.4 Trình tự thí nghiệm ..................................................................................... 32 3.2.5 Thí nghiệm nén đơn trục không hạn chế nở hông ...................................... 33 3.2.6 Kết quả thí nghiệm nén đơn trục không hạn chế nở hông .......................... 33 3.2.7 Thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng [5] .................................... 42
vi 3.2.8 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng .............................. 42 3.2.9 So sánh các kết quả thí nghiệm và hiện trường qua thông số qu (kPa) .... 46 3.2.10 Phân tích dữ liệu thí nghiệm và lựa chọn kết quả dựa trên phương trình hồi quy tuyến tính: ................................................................................................ 47 3.2.11 Nhận xét chương 3 .................................................................................... 50 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU DƯỜI NỀN CỐNG XẢ NƯỚC LÀM MÁT .......................................... 54 4.1 Giới thiệu công trình ................................................................................... 54 4.2 Điều kiện địa chất của công trình ............................................................... 57 4.3 Tính toán ổn định – biến dạng của trụ đất xi măng bằng phương pháp giải tích dựa trên nền tảng phần mềm Microsoft Excel 2013. .................................. 59 4.3.1 Theo quan điểm hỗn hợp của Viện địa kỹ thuật Châu Á AIT (dựa theo quy trình Thụy Điển SGF 4:95E) ............................................................................. 59 4.3.2 Tính toán ổn định và biến dạng của trụ đất - xi măng theo quy trình Thượng Hải Trung Quốc .......................................................................................... 66 4.3.3 Tính toán ổn định và biến dạng theo quy trình Nhật Bản ......................... 70 4.3.4 Tính toán ổn định và biến dạng theo quan điểm Viện địa kỹ thuật Châu Á AIT (dựa theo quy trình Thụy Điển SGF 4:95E) khi thực hiện thay đổi đường kính trụ (D), khoảng cách bố trí (S), chiều dài trụ (L) và cách bố trí hình học (bố trí hình vuông và hình tam giác) so với ban đầu ...................................................... 77 4.4 Phân tích ổn định – biến dạng của trụ đất xi măng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D) ......................................... 81 4.4.1 Giới thiệu ................................................................................................... 81 4.4.2 Mô hình, kết quả bài toán thông qua phần mềm mô phỏng Plaxis 3D ..... 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 99 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 99 KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 102
vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT c (kN/m2) : Lực dính của đất. Ccol (kN/m2) : Lực dính trụ đất xi măng. Csoil (kN/m2) : Lực dính của đất yếu được gia cố Ctđ (kN/m2) : Lực dính của nền tương đương Cu (kN/m2) : Sức chống cắt trung bình của đất xung quanh trụ Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải. Cci : Chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún. Cu.col (kN/m2) : Sức chống cắt trung bình của trụ đất xi măng.  (o) : Góc ma sát trong. φcol (o) : Góc ma sát trong trụ đất xi măng. φsoil (o) : Góc ma sát trong của đất yếu được gia cố φtđ (o) : Góc ma sát trong của nền tương đương τ (kPa) : Sức chống cắt của đất. ν : Hệ số Poisson. Δσiv (kN/m2) : Gia tăng ứng suất thẳng đứng. σipz (kN/m2) : Ứng suất tiền cố kết. σz (kN/m3) : Ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất. as (m2) : Diện tích tương đối của trụ đất xi măng. Acol (m2) : Diện tích trụ đất xi măng. Asoil (m2) : Diện tích của đất yếu được gia cố b (m) : Bề rộng diện chịu tải trọng cục bộ B (m) : Bề rộng của đáy nền Bcol (m) : Bề rộng khối trụ đất xi măng. Ecol (kN/m2) : Module biến dạng trụ đất xi măng. Esoil (kN/m2) : Module biến dạng của đất yếu được gia cố Etđ (kN/m2) : Module biến dạng của nền tương đương col (kN/m3) : Trọng lượng riêng của trụ đất xi măng. soil (kN/m3) : Trọng lượng riêng của đất yếu được gia cố tđ (kN/m3) : Trọng lượng riêng của nền tương đương
viii ffs : hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất fq : hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài Fs : Hệ số an toàn. Gsoil (kPa) : Mô đun trượt hi (m) : Bề dày lớp đất tính lún thứ i Hcol (m) : Chiều dài trụ đất vôi H (m) : Chiều cao nền đắp Hcol (m) : Chiều cao khối trụ đất xi măng. IP (%) : Chỉ số dẻo. IL (%) : Độ sệt. l (m) : Chiều dài của diện chịu tải trọng cục bộ Lcol (m) : Chiều dài khối trụ đất xi măng. q (kN) : Áp lực đáy móng qu (kPa) : Cường độ kháng nén đơn. Qult.soil (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo đất nền của trụ đất xi măng. Qult.group (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo cơ chế phá hoại khối Qult (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo cơ chế phá hoại cục bộ Qcreep.col (kN) : Khả năng chịu tải có kể đến từ biến Q (kN) : Khả năng chịu tải mỗi trụ trong nhóm trụ
ix DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ..................................................................... 8 Bảng 1-1: So sánh công nghệ thi công trụ đất xi măng ......................................... 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG .... 19 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ĐẶC TRƯNG CỦA TRỤ ĐẤT XI MĂNG ................................................................................ 26 Bảng 3-1 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên ........................ 27 Bảng 3-2 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng khi làm thí nghiệm .............................. 27 Bảng 3-3 Các chỉ tiêu cơ lý của nước trộn mẫu ..................................................... 28 Bảng 3-4 Các chỉ tiêu cơ lý của nước tại vị trí lấy mẫu [02] ............................... 28 Bảng 3-5 Chế bị mẫu đất trộn xi măng ở tuổi 7,14, 28 và 90 ngày ........................ 30 Bảng 3-6 Bảng tổng THKQTN cắt trực tiếp ở tuổi 7,14, 28 và 90 ngày ............. 43 Bảng 3-7: Bảng kết quả phương trình hồi quy thí nghiệm nén đơn trục ............. 48 Bảng 3-8: Bảng kết quả phương trình hồi quy thí nghiệm cắt trực tiếp ................ 49 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU DƯỜI NỀN CỐNG XẢ NƯỚC LÀM MÁT ................................... 54 Bảng 4-1: Tổng hợp kết quả theo quan điểm Thụy Điển, Nhật Bản, Trung Quốc 76 Bảng 4-2 Kết quả tính toán khi thay đổi đường kính trụ đất – xi măng ................. 77 Bảng 4-3 Kết quả tính toán khi thay đổi khoảng cách bố trí (S) trụ đất – xi măng 78 Bảng 4-4 Kết quả tính toán khi thay đổi chiều dài trụ (L)trụ đất – xi măng ......... 78 Bảng 4-5 Kết quả tính toán khi thay đổi cách bố trí hình học trụ đất – xi măng . 79 Bảng 4-6 Thông số đầu vào khi thực hiện mô phỏng phần mềm Plaxis 3D .......... 83
x DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 Hình i: Bản đồ phân bố vùng đất yếu Nam Bộ ........................................................ 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ..................................................................... 8 Hình 1.1: Các phương pháp làm việc của công nghệ trộn sâu [10] ....................... 8 Hình 1.2: Phương pháp trộn sâu ở Nhật Bản ......................................................... 9 Hình 1.3: Phương pháp trộn sâu ở Hà Lan ............................................................ 9 Hình 1.4: Phương pháp trộn sâu ở Đức .................................................................. 9 Hình 1.5: Bố trí trụ đất xi măng điển hình ............................................................ 10 Hình 1.6: Quy trình thi công bằng công nghệ trộn khô ........................................ 11 Hình 1.7: Máy khoan và lưỡi khoan theo công nghệ trộn khô ............................. 11 Hình 1.8: Sơ đồ thi công trộn khô ....................................................................... 11 Hình 1.9: Máy khoan và lưỡi khoan theo công nghệ trộn ướt bằng cánh kim loại ...................................................................................................... 12 Hình 1.10: Quy trình thi công bằng công nghệ trộn ướt ...................................... 12 Hình 1.11: Trụ đất xi măng ứng dụng dưới bồn chứa xăng dầu Cần Thơ ........... 17 Hình 1.12: Hình ảnh chống thấm cho đê quai công trình Sơn la ......................... 17 Hình 1.13: Thi công tường chống thấm nền đập Đá Bạc (Hà Tĩnh) .................... 17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG .... 19 Hình 2.1: Phương trình tính lún trường hợp A ....................................................... 23 Hình 2.2: Phương trình tính lún trường hợp A ....................................................... 24 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ĐẶC TRƯNG CỦA TRỤ ĐẤT XI MĂNG ................................................................................ 26 Hình 3.1: Máy trộn mẫu và tủ sấy xác định độ ẩm ................................................. 26
xi Hình 3.2: Máy nén một trục không hạn chế nở hông và máy cắt trực tiếp ............ 26 Hình 3.3: Cân nước, xi măng và trộn mẫu đất xi măng ........................................ 31 Hình 3.4: Chế bị mẫu đất trộn xi măng ................................................................ 31 Hình 3.5: Mẫu đất trộn xi măng trong thùng bảo dưỡng ...................................... 32 Hình 3.6: Ghi nhận lại kích thước, trọng lượng của mẫu trước khi thí nghiệm ... 32 Hình 3.7: Thí nghiệm nén một trục không hạn chế nở hông ................................ 33 Hình 3.8: Ghi nhận kết quả thí nghiệm nén đơn trục ............................................. 33 Hình 3.9: Biểu đồ quan hệ giữa sức kháng nén đơn và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 1 ........................................................................................... 34 Hình 3.10: Biểu đồ quan hệ giữa độ ẩm và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 1 ........................................................................................................ 34 Hình 3.11: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa) và ở 28 ngày tuổi và dung trọng ....... 35 Hình 3.12: Biểu đồ quan hệ giữa sức kháng nén đơn và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 2 .................................................................................... 36 Hình 3.13: Biểu đồ quan hệ giữa độ ẩm và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 2 ........................................................................................................ 36 Hình 3.14: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa) và ở 28 ngày tuổi và dung trọng ....... 37 Hình 3.15: Biểu đồ quan hệ giữa sức kháng nén đơn và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 3 ................................................................................... 38 Hình 3.16: Biểu đồ quan hệ giữa độ ẩm và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 3 ........................................................................................................ 38 Hình 3.17: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa) và ở 28 ngày tuổi và dung trọng ....... 39 Hình 3.18: Biểu đồ quan hệ giữa sức kháng nén đơn và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 4 ...................................................................................... 40 Hình 3.19: Biểu đồ quan hệ giữa độ ẩm và hàm lượng XM theo thời gian của thí nghiệm 4 ........................................................................................................ 40
xii Hình 3.20: Biểu đồ quan hệ giữa qu(kPa) và ở 28 ngày tuổi và dung trọng ....... 41 Hình 3.21: Thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng .................................. 42 Hình 3.22: Biểu đồ quan hệ giữa lực dính, góc nội ma sát, thời gian W/C=0,8 .. 44 Hình 3.23: Biểu đồ đường mối tương quan của (độ) và C (kPa) theo thời gian .. 45 Hình 3.24: Biểu đồ so sánh sức kháng nén đơn qu (kPa) của các thí nghiệm và hiện trường ở 28 ngày tuổi ..................................................................................... 46 Hình 3.25: Quan hệ giữa cường độ nén đơn và biến dạng theo hàm lượng xi măng 14% ở tuổi 28 ngày ....................................................................................... 53 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU DƯỜI NỀN CỐNG XẢ NƯỚC LÀM MÁT .......................... 54 Hình 4.1: Mặt bằng vị trí cống dẫn xả nước làm mát ........................................... 54 Hình 4.2: Mặt cắt mẫu đất đại diện tại khu vực đất cần gia cố ............................ 57 Hình 4.3: Mặt cắt điển hình của công trình cống xả nước làm mát ..................... 58 Hình 4.4: Biểu đồ sức chịu tải và biến dạng của trụ đất- xi măng ......................... 76 Hình 4.5: Biểu đồ sức chịu tải và biến dạng của trụ đất- xi măng khi bố trí theo hình vuông và tam giác .......................................................................................... 79 Hình 4.6: Mô hình trụ đất xi măng 2D và 3D ........................................................ 84 Hình 4.7: Phân bố điểm dẻo và tổng độ lún của của nền đất sau khi được gia cố mô hình ........................................................................................................ 85 Hình 4.8: Tổng độ lún theo phương đứng của nền sau khi được gia cố mô hình 1 86 Hình 4.9: Ứng suất hữu hiệu mô hình 1 ................................................................ 87 Hình 4.10: Ứng suất tổng thể mô hình 1 .............................................................. 88 Hình 4.11: Biểu đồ chuyển vị của tường vây và trụ đỡ ........................................ 89 Hình 4.12: Biểu đồ  '(kN / m2 ) của tường vây và trụ đỡ .................................... 89 Hình 4.13: Biểu đồ  (kN / m2 ) của tường vây và trụ đỡ .................................... 89 Hình 4.14: Biểu đồ lực – chuyển vị U(y) tại giai đoạn đặt tải ............................. 89
xiii Hình 4.15: Mô hình trụ đất xi măng 2D và 3D ...................................................... 90 Hình 4.16: Phân bố điểm dẻo và tổng độ lún của của nền đất sau khi được gia cố mô hình 2 ...................................................................................................... 91 Hình 4.17: Tổng độ lún theo phương đứng của nền sau khi được gia cố mô hình 1 ........................................................................................................ 92 Hình 4.18: Ứng suất hữu hiệu mô hình 2 .............................................................. 93 Hình 4.19: Ứng suất tổng thể mô hình 2 .............................................................. 94 Hình 4.20: Biểu đồ chuyển vị của tường vây và trụ đỡ ........................................ 95 Hình 4.21: Biểu đồ  '(kN / m2 ) của tường vây và trụ đỡ .................................... 95 Hình 4.22: Biểu đồ  (kN / m2 ) của tường vây và trụ đỡ .................................... 95 Hình 4.23: Biểu đồ lực – chuyển vị U(y) tại giai đoạn đặt tải ............................. 95 Hình 4.24: Độ lún U(y) theo giai đoạn thi công của cả hai mô hình ...................... 96 Hình 4.25: Biểu đồ so sánh kết quả tính lún U(y) theo giải tích và Plaxis 3D ..... 97
1 MỞ ĐẦU 1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế đất nước, trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện nền kinh tế thị trường, ngành xây dựng tất yếu cần phải phát triển không ngừng và ngày càng lớn mạnh. Trong thời kỳ hội nhập kinh tế, khoa học kỹ thuật thế giới việc tiếp nhận các công nghệ kỹ thuật tiên tiến đưa vào ứng dụng trong thực tiễn đất nước để tạo ra một sản phẩm có chất lượng, đạt hiệu quả kinh tế cao là một chiến lược phát triển khoa học công nghệ của đất nước ta trong thời điểm hiện tại và tương lai. Để phát triển được nền kinh tế trong thời điểm hiện tại việc làm đầu tiên là phải phát triển cơ sở vật chất trong nước một cách đồng bộ, khoa học ngày càng vững mạnh. Nhu cầu xây dựng cơ sở vật chất, cơ sở hạ tầng cả nước nói chung và tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói riêng là điều kiện cần thiết để phát triển nền kinh tế xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng một cách bền vững nhất. Phần lớn các công trình tại khu vực Tây Nam Bộ được xây dựng trên nền đất tự nhiên trong những điều kiện môi trường khác nhau. Do đó, nhiều khu vực nền đất tự nhiên chưa đáp ứng được sự ổn định, khả năng chịu tải của đất nền của các công trình như nhà cửa, cầu cống, đê đập, đường xá… xây dựng trên chúng. Hay nói cách khác, khả năng chịu tải của chúng kém hơn so với tải trọng thiết kế dự kiến. Thực tế này đòi hỏi con người phải tìm ra và phát triển các công nghệ thích hợp cho ngành xây dựng để xử lý nền đất yếu nhằm tăng khả năng chịu lực, ổn định và giảm độ lún cho công trình đạt hiệu quả nhất. Khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long có điểm chung là một trong những nơi có tầng đất yếu với bề dày là rất lớn, chiều dày tầng đất yếu dao động từ 10m đến 30m, có nơi lên đến 40m. Thêm vào đó khu vực này có cao độ tự nhiên trung bình tương đối thấp nên thường xuyên bị ngập nước gây ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lực, ổn định của nền đất khi xây dựng công trình. Đã có nhiều công trình xảy ra sự cố (Sụp lún kè cạnh bờ sông, sụp lún nền kho, lún lệch đường dẫn vào cầu, sụp lún khi thi công các công trình ven biển,...) gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất
2 lượng công trình nguyên nhân là do công tác khảo sát thăm dò địa chất chưa thật sự toàn diện đồng thời chưa đưa ra được giải pháp nền móng tối ưu nhất cho nền đất yếu. Khu vực ven biển nước ta nói chung, vùng Duyên Hải – Trà Vinh nói riêng có đặc trưng địa chất là phù sa bồi đắp lâu năm, cát mịn bùn và lớp sét dẻo với chiều dày khá lớn lên đến hơn 40m. Vì thế việc xây dựng phần kết cấu nền móng công trình, gia cố nền đất yếu cho những công trình có diện tích xây dựng lớn tại khu vực này đòi hỏi chi phí xây dựng khá cao, mất thời gian tồn tại nhiều rủi ro gây e ngại cho người đầu tư. Để khắc phục được các nhược điểm trên đến mức hiệu quả nhất, thì từ lâu nhiều nước trên thế giới đã áp dụng giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng xử lý tại chỗ cho vùng đất yếu cần nghiên cứu. Từ những năm 1970 trên thế giới đã áp dụng công nghệ trụ đất xi măng một cách rộng rãi, tuy nhiên giải pháp này chưa được ứng dụng nhiều tại Việt Nam nói chung và khu vực vùng đất ven biển Duyên Hải – Trà Vinh nói riêng. Đã có nhiều nghiên cứu đi trước nhưng chủ yếu chỉ tập trung ở một số lĩnh vực là thực hiện nghiên cứu đối với gia cố thành hố đào sâu, hạn chế lún lệch đường dẫn vào cầu,... ở nhiều địa điểm có địa chất khác nhau. Việc thực hiện nghiên cứu ứng dụng của trụ đất xi măng trong việc gia cố nền đất yếu dưới nền cống thoát – xả nước làm mát phục vụ cho nhà máy nhiệt điện Duyên Hải – Trà Vinh là hết sức cần thiết với những công trình có đặc điểm: dòng nước di chuyển liên tục và tải trọng toàn phần khá lớn trong điều kiện địa chất vùng bồi lấp ven biển khá phức tạp. Vì thế, được sự đồng ý của Thầy hướng dẫn, tác giả đã mạnh dạn đề xuất đề tài : “Ứng dụng công nghệ trộn xi măng dưới sâu và các phương pháp thí nghiệm xác định tính chất của nó trong điều kiện đất yếu khu vực Duyên Hải – Trà Vinh” nói riêng và Việt Nam nói chung trong điều kiện đất yếu là một nhiệm vụ quan trọng và cấp bách nhằm góp phần nâng cao hiệu quả đầu tư xây dựng và nghiên cứu này trở thành một trong những giải pháp nền móng hợp lý cho các loại công trình, mở rộng phạm vi ứng dụng của trụ đất xi măng.
3 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Khái niệm đất yếu cho đến nay vẫn chưa thật sự rõ ràng. Khái niệm này chỉ là tương đối, phụ thuộc và tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng công trình. Đa số các nhà nghiên cứu gọi đất yếu là những lọai đất có lẫn nhiều hữu cơ có khả năng chịu tải thấp vào khoảng 0,5 – 1 kg/cm2, khả năng biến dạng lớn. Đất yếu hầu như hoàn toàn bão hòa nước (G>0.8), hệ số rỗng e>1, hệ số nén lún lớn, dung trọng bé, độ sệt lớn, mô đun biến dạng bé (thường E0  50kg / cm2 ), trị số chống cắt không đáng kể (góc ma sát trong  '  40  80 ).[7] Hình i: Bản đồ phân bố vùng đất yếu Nam Bộ Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của đất nền, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, trị số mođun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất… Mục tiêu nghiên cứu của đề tài tập trung giải quyết vấn đề nêu trên bao gồm các mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau:  Nghiên cứu, tính toán tối ưu hóa tỷ lệ hàm lượng đất/xi măng trong hỗn hợp trụ đất xi măng bằng phương pháp thực nghiệm.  Xác định sự thay đổi về độ ẩm, tỉ trọng hạt và giới hạn chảy, giới hạn dẻo của hỗn hợp đất kết hợp với xi măng.  Thông qua thí nghiệm nén một trục nở hông tập trung đánh giá sự thay đổi về cường độ, module biến dạng của hỗn hợp đất kết hợp với xi măng theo các xi măng khác nhau theo thời gian.
4  Từ thí nghiệm cắt trực tiếp đánh giá sự thay đổi của lực dính c và góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất xi măng.  Với kết quả thí nghiệm bên trên, tiến hành sử dụng phương pháp giải tích và phần mềm Plaxis 3D phân tích sự thay đổi ứng suất và biến dạng của trụ đất xi măng ứng cho công trình cụ thể khu vực Duyên Hải – Trà Vinh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của tác giả là hướng đến xử lý nền đất yếu tại khu vực Duyên Hải – Trà Vinh bằng trụ đất xi măng ứng với điều kiện tự nhiên tại địa phương. Phạm vi nghiên cứu là đề ra giải pháp gia cố nền đất yếu cho các công trình xây dựng nằm ở khu vực ven biển có khả năng ứng dụng và kinh tế cao. Tổng hợp các cơ sở lý thuyết về gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, tính toán được khả năng chịu tải của trụ đất xi măng, đất nền dựa trên cơ sở lý thuyết của các tài liệu khác nhau nhưng chủ yếu là tính toán theo quan điểm như nền tương đương và quan điểm của Viện địa Kỹ thuật Châu Á. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về giải pháp sử dụng trụ đất xi măng để gia cố nền đất yếu trong nước và ngoài nước. Nghiên cứu các thí nghiệm trong phòng và hiện trường để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền trước và sau khi gia cố. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành lấy mẫu đất ngoài hiện trường ở độ sâu hơn 2m đem về phòng thí nghiệm thiết kế mẫu thử và tiến hành thí nghiệm với các thí nghiệm trong phòng để tìm ra kết quả hàm lượng tối ưu ứng với hàm lượng xi măng và đất tại chỗ theo thời gian. Phân tích đánh giá tìm mối quan hệ của chúng, ứng dụng kết quả vào tính toán ổn định gia cố nền đất yếu cho công trình cụ thể. - Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: Sử dụng tính năng của phần mềm Plaxis 3D để mô phỏng tính toán.
5 5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài Với việc xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và sự thay đổi của nó trong hỗn hợp trụ đất xi măng, đánh giá cường độ, xác định hàm lượng tối ưu theo hàm lượng xi măng sao cho đạt hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế trong điều kiện đất nền thực tế, nghiên cứu này đưa ra các cơ sở, quy trình tính toán, thí nghiệm cho các đơn vị thiết kế, kỹ sư xây dựng tham khảo như một tài liệu trong việc tính toán thiết kế trụ đất xi măng, song đó được các cấp thẩm quyền tại khu vực Duyên Hải – Trà Vinh nói chung và hơn nữa là các tỉnh miền Tây Nam Bộ khuyến khích sử dụng đại trà trong việc gia cố nền đất yếu như là một giải pháp tối ưu trong thời điểm hiện tại và tương lai. 6. Hạn chế của đề tài Do cơ chế làm việc của công trình có tải trọng tương đối lớn với nền đất bên dưới diễn ra rất phức tạp. Điểm đặc biệt của công trình là phục vụ cho việc cung cấp, thoát nước làm mát cho nhà máy nhiệt điện với lưu lượng nước khá lớn ảnh hưởng của dòng thấm xuống bên dưới nền đất yếu, ảnh hưởng của độ mặn đến cường độ cọc đất xi măng, vì vậy cần phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của các tác nhân trên gây ảnh hưởng đến chất lượng trụ đất xi măng và cần mở rộng nghiên cứu nhiều nhiều vùng đất yếu khác nhau của khu vực đồng bằng Sông Cửu Long để đưa ra được so sánh, kiểm chứng chính xác hơn cho từng vùng địa lý với công nghệ gia cố nền đất yếu bằng giải pháp trụ đất xi măng. Hơn nữa cần có thêm một vài nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nước biển, hàm lượng hữu cơ, thủy triều và ma sát âm ảnh hưởng đến tính ổn định và biến dạng của nền đất gia cố bằng trụ đất xi măng.