Ứng dụng giếng cát xử lý nền đường dẫn vào cầu dự án phát triển cơ sở hạ tầng tỉnh cà mau (đọan cái nước cái đôi vàm)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.54 MB, 87 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------
BÙI TRỌNG PHƯỚC
ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO
CẦU DỰ ÁN PHÁT TRIỂN CƠ SỞ HẠ TẦNG TỈNH CÀ MAU
(ĐOẠN CÁI NƯỚC - CÁI ĐÔI VÀM)
Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số
: 60.58.61
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
-ICƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS VÕ PHÁN
Cán bộ chấm nhận xét 1: ………………………………………………….
Cán bộ chấm nhận xét 2: ………………………………………………….
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia
Tp. HCM, ngày …….tháng……năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch Hội đồng: ……………………………………………..;
2. Cán bộ nhận xét 1: ……………………………………………...;
3. Cán bộ nhận xét 2: ……………………………………………...;
4. Thư ký
: ..…………………………………………….;
5. Ủy viên
: ...……………………………………………;
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA KTXD
-IITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH
-----------------------------
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
----------------------------------------Tp. HCM, ngày……tháng..… năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên
Ngày sinh
Chuyên ngành
: BÙI TRỌNG PHƯỚC
: 22/08/1986
: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
MSHV : 12860428
Nơi sinh: Ninh Bình
MS: 60 58 61
I. Tên đề tài:
Ứng dụng giếng cát xử lý nền đường dẫn vào cầu dự án Phát triển cơ sở hạ
tầng tỉnh Cà Mau (Đoạn Cái Nước - Cái Đôi Vàm)
II. Nhiệm vụ luận văn:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền
đất yếu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền
đất yếu
Chương 3: Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu dưới
nền đường đầu cầu Kinh Mỵ tại Cà Mau
Chương 4: Phân tích ảnh hưởng của các đường kính, chiều dài, khoảng cách của
giếng cát và độ xáo trộn của nền quanh giếng cát đến mức độ cố kết của nền đất
yếu dưới nền đường đầu cầu Kinh Mỵ tại Cà Mau.
Kết luận và kiến nghị
III. Ngày giao nhiệm vụ
IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ
: Ngày ….... tháng …..… năm 2015
: Ngày ….... tháng …..… năm 2015
V . Họ và tên cán bộ hướng dẫn: Pgs. Ts Võ Phán
Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.
Cán bộ hướng dẫn
Pgs. Ts. Võ Phán
Chủ nhiệm bộ môn
Ts. Lê Bá Vinh
Khoa quản lý
-IIILỜI CẢM ƠN
Tôi xin được cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ mơn địa cơ nền móng, q Thầy Cơ
đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu và sâu sắc trong 3 học kỳ qua.
Tôi xin chân thành cám ơn Thầy PGs Ts. Võ Phán, người Thầy đã tận tình hướng
dẫn, giúp tơi đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hổ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báu
trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn các Thầy PGs.Ts. Châu Ngọc Ẩn, Ts Lê
Bá Vinh, Ts. Bùi Đức Vinh, Ts. Bùi Trường Sơn, Ts. Nguyễn Minh Tâm, Ts. Lê
Trọng Nghĩa, Ts. Trần Tuấn Anh, Ts. Đỗ Thanh Hải đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề,
đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập và nghiên cứu khoa học, luôn tận tâm giảng
dạy và cung cấp cho tôi nhiều tư liệu cần thiết.
Xin chân thành – cám ơn các Thầy, Cơ, Anh Chị nhân viên của Phịng 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, Cơ và Gia đình lịng biết ơn sâu sắc.
TP. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng…… năm 2015
Học viên thực hiện
Bùi Trọng Phước
-IV-
TĨM TẮT
Bài luận văn của tơi trình bày vấn đề ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để
xử lý nền đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu. Trong q trình nghiên cứu tơi áp dụng
các cơ sở lý thuyết đã có để tính tốn và phân tích bài tốn bằng phương pháp giải tích
và mơ phỏng phần tử hữu hạn (bằng phần mềm Plaxis 2D với mô hình Mohr
Coulomb) để so sánh độ cố kết và độ lún nền đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu
Kinh Mỵ ở tỉnh Cà Mau
Ngồi ra trong luận văn tơi cịn tiến hành phân tích sự thay đổi của các thơng số
như đường kính, chiều dài, khoảng cách và mức độ xáo trộn của giếng cát ảnh hưởng
như thế nào đến mức độ cố kết và độ lún của nền đất yếu tại dự án này.
-V-
ABSTRACT
My dissertation presents problems combined application sand wells preloading to
handle soft ground under embankment leading to the bridge. During the research I
applied the theoretical basis has to calculate and analyze the problem by means of
analytical and finite element simulation (using software Plaxis 2D with Mohr
Coulomb model) to compare cohesion and soft ground subsidence of roads leading to
the bridge in the background in the province of Ca Mau Kinh My.
Also in the thesis I analyzed the change of parameters such as diameter, length,
distance and degree of disturbance of sand well how to influence the degree of
consolidation and the settlement of the background weak ground in this project.
-VI-
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................. 1
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 2
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ................................................................. 3
5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI ......................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT .................................. 4
1.1 KHÁI QUÁT ĐẤT YẾU KHU VỰC TỈNH CÀ MAU ............................................ 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC ........................................ 5
1.2.1. Giới thiệu chung phương pháp gia tải trước.......................................................... 5
1.2.2. Đặc điểm và phạm vi áp dụng ............................................................................... 6
1.2.3. Biện pháp thi công ................................................................................................. 6
1.3. TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .............................. 6
1.3.1. Lịch sử phát triển ................................................................................................... 7
1.3.2. Đặc điểm tác dụng và phạm vi áp dụng của giếng cát .......................................... 7
1.3.3. Phương pháp thi công ............................................................................................ 8
1.3.4. Tổng quát lớp đệm cát trên mặt của giếng cát..................................................... 10
1.4. Nhận xét chung ....................................................................................................... 10
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIẾNG CÁT ........................... 12
2.1. Cơ sở lý thuyết tính tốn bài tốn cố kết thấm ....................................................... 12
2.1.1. Khái niệm ............................................................................................................ 12
2.1.2 Bài toán cố kết cơ bản .......................................................................................... 12
2.2 Lý thuyết tính tốn độ lún ổn định của nền ............................................................. 14
2.2.1. Kiểm tra ổn định nền đất yếu .............................................................................. 14
2.2.2 Độ lún ổn định của nền đất yếu ............................................................................ 15
2.3. Lý thuyết tính tốn giếng cát kết hợp gia tải trước ................................................ 20
2.3.1. Khái niệm phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát. ................................ 20
2.3.2. Sự cố kết của giếng cát ........................................................................................ 20
2.4. SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỂ PHÂN TÍCH .............. 23
-VII-
2.4.1. Lịch sử hình thành phương pháp phần tử hữu hạn .............................................. 23
2.4.2. Giới thiệu sơ lược về phương pháp phần tử hữu hạn .......................................... 24
2.4.3. Mơ phỏng bài tốn giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu ............ 25
2.4.4. Các bước mô phỏng bài toán trong plaxis: .......................................................... 27
2.5. Nhận xét chung về phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước ........................... 28
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU KINH MỴ......................... 29
3.1 GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH .................................................................................. 29
3.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................... 29
3.1.2. Quy mô và các thông số kỹ thuật của cơng trình ................................................ 29
3.1.3 Điều kiện địa chất cơng trình khu vực xây dựng .................................................. 30
3.2. TÍNH TỐN ĐỘ LÚN CỦA NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH .......... 31
3.2.1 Xét trong trường hợp nền tự nhiên không xử lý ................................................... 31
3.2.2 Xét trong trường hợp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước. .... 38
3.2. TÍNH TỐN ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG BẰNG
PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN ..................................................... 41
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ....................................................................................... 46
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU
DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN
QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI
NỀN ĐƯỜNG............................................................................................................... 47
4.1 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH GIẾNG CÁT ........................ 47
4.1.1. Phương pháp giải tích: ......................................................................................... 47
4.1.2. Phương pháp phần tử hữu hạn ............................................................................. 50
4.2 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH GIẾNG CÁT .................... 52
4.2.1 Phân tích bằng phương pháp giải tích .................................................................. 52
4.2.2 Phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn ........................................................... 55
4.3 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU GIẾNG CÁT ............................ 57
4.3.1 Phân tích ảnh hưởng của chiều sâu giếng bằng giải tích ...................................... 57
4.3.2 Phân tích ảnh hưởng của chiều sâu giếng bằng phương pháp phần tử hữu hạn: ..... 59
4.4 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ XÁO TRỘN ............................................. 61
-VIII-
4.4.1 Xét trường hợp: kh/ks =2.5...................................................................................... 62
4.4.2 Xét trường hợp: kh/ks =3.5...................................................................................... 63
4.4.3 Xét trường hợp: kh/ks =4.5...................................................................................... 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 68
I. KẾT LUẬN ................................................................................................................ 68
II. KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 69
-IXMỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT .................................. 4
Hình 1.1. Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ tam giác đều ................................................. 8
Hình 1.2. Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ hình vng .................................................... 8
Hình 1.3. Thi cơng giếng cát bằng phương pháp khí nén, xói nước tạo lỗ ..................... 9
Hình 1.4. Thi cơng giếng cát bằng phương pháp ép ống sắt tạo lỗ ............................. 10
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIẾNG CÁT ........................... 12
Hình 2.1. Biểu đồ xác định hệ số chịu tải Nc của nền đắp có chiều rộng B trên nền đất
yếu có chiều dày H y ....................................................................................................... 15
Hình 2.2. Tốn đồ Osterberg ......................................................................................... 17
Hình 2.3. Sơ đồ các bài tốn cố kết cơ bản ................................................................... 19
Hình 2.4. Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước .......... 20
Hình 2.5. Sơ đồ bài toán phẳng tương đương (Indraratna và Redana,1997)............... 26
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU KINH MỴ ........................ 29
Hình 3.1. Mặt bằng vị trí cơng trình ............................................................................. 29
Hình 3.2 Mặt cắt hố khoan HK1-MA và HK4-MB ........................................................ 31
Hình 3.3 Mặt cắt ngang nền đường phạm vi 13.7m ...................................................... 32
Hình 3.4 Mặt bằng bố trí giếng cát phạm vi 13.7m ...................................................... 39
Hình 3.5 Biểu đồ độ cố kết theo thời gian sau 180 ngày............................................... 40
Hình 3.6 Biểu đồ độ lún theo thời gian sau 180 ngày ................................................... 40
Hình 3.7 Mặt cắt nền xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước ................................. 43
Hình 3.8. Mơ hình lưới phần tử xử lý nền bằng giếng cát ............................................ 44
Hình 3.9.Tổng chuyển vị của nền sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày ............. 44
Hình 3.10 Tổng chuyển vị ngang của nền sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày 45
Hình 3.11 Áp lực nước lỗ rỗng của nền sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày .... 45
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU
DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN
QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI
NỀN ĐƯỜNG............................................................................................................... 47
-XHình 4.1 Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi đường kính giếng cát ................................. 46
Hình 4.2 Biểu đồ quan hệ S t -t khi thay đổi đường kính giếng cát ................................ 46
Hình 4.3 Biểu đồ tổng chuyển vị sau 180 ngày của nền đất yếu ứng với d w =0.3m ...... 50
Hình 4.4 Biểu đồ tổng chuyển vị sau 180 ngày của nền đất yếu ứng với d w =0.5m ...... 50
Hình 4.5 Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi
thay đổi đường kính giếng d w (Theo mơ hình plaxis).................................................... 51
Hình 4.6 Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi khoảng cách giếng cát............................... 54
Hình 4.7 Biểu đồ quan hệ St-t khi thay đổi khoảng cách giếng cát .............................. 55
Hình 4.8 Biểu đồ tổng chuyển vị sau 180 ngày của nền đất yếu ứng với L=2.0m ........ 55
Hình 4.9 Biểu đồ tổng chuyển vị sau 180 ngày của nền đất yếu ứng với L=2.5m ........ 56
Hình 4.10 Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi
thay đổi khoảng cách giếng cát L (Theo mơ hình plaxis) ............................................. 56
Hình 4.11 Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi khoảng chiều sâu giếng cát ..................... 58
Hình 4.12 Biểu đồ quan hệ St-t khi thay đổi chiều sâu giếng cát ................................. 59
Hình 4.13 Biểu đồ tổng chuyển vị sau 180 ngày của nền đất yếu ứng với H=12.0m ... 60
Hình 4.14 Biểu đồ tổng chuyển vị sau 180 ngày của nền đất yếu ứng với H=17.0m ... 60
Hình 4.15 Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi
thay đổi chiều dài giếng cát H (Theo mô hình plaxis) .................................................. 61
Hình 4.16 Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi độ xáo trộn .............................................. 63
Hình 4.17 Biểu đồ quan hệ St-t khi thay đổi độ xáo trộn .............................................. 63
Hình 4.18 Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi độ xáo trộn .............................................. 64
Hình 4.19 Biểu đồ quan hệ St-t khi thay đổi độ xáo trộn .............................................. 65
Hình 4.20 Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi độ xáo trộn .............................................. 66
Hình 4.21 Biểu đồ quan hệ St-t khi thay đổi độ xáo trộn .............................................. 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 68
I. KẾT LUẬN ................................................................................................................ 68
II. KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 69
-XI-
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT .................................. 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT ........................... 12
Bảng 2.1. Độ cố kết U v đạt được tùy thuộc nhân tố thời gian T v ................................. 14
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU KINH MỴ......................... 29
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật đường vào cầu Kinh Mỵ ................................................. 30
Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất khu vực xây dựng cơng trình.......................... 30
Bảng 3.3. Thơng số kết cấu áo đường ........................................................................... 32
Bảng 3.4. Bảng xác định chiều sâu chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp .......................... 33
Bảng 3.5 Tính độ lún của nền theo phương pháp tổng lớp phân tố .............................. 35
Bảng 3.6 Các thông số thiết kế giếng cát ...................................................................... 38
Bảng 3.7. Độ cố kết và độ lún theo thời gian của nền khi xử lý bằng giếng cát .................... 39
Bảng 3.8. Số liệu đầu vào để mô phỏng bài tốn. ......................................................... 42
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU
DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN
QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI
NỀN ĐƯỜNG............................................................................................................... 47
Bảng 4.1 Bảng tính độ cố kết theo phương ngang đất nền khi thay đổi đường kính
giếng cát ......................................................................................................................... 48
Bảng 4.2 Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi thay đổi đường kính giếng cát ... 49
Bảng 4.3 Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi khoảng cách giếng
thay đổi .......................................................................................................................... 53
Bảng 4.4 Bảng tính độ cố kết và độ lún của đất nền khi khoảng cách giếng thay đổi .. 53
Bảng 4.5 Bảng tính độ cố kết đất nền khi thay đổi chiều sâu giếng cát ........................ 57
Bảng 4.6 Bảng tính độ lún đất nền khi thay đổi chiều sâu giếng cát ............................ 58
Bảng 4.7 Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét độ xáo trộn (k h /k s =2.5) ......... 62
Bảng 4.8 Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét độ xáo trộn (k h /k s =3.5) ......... 64
Bảng 4.9 Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét độ xáo trộn (k h /k s =4.5) ......... 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 74
-XII-
I. KẾT LUẬN ................................................................................................................ 74
II. KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 76
-XIII-
MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN
a,a v
(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 khơng 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;
C vz
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;
ei 0
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 ngồi;
E
(kPa)
Modul biến dạng;
h dd
(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;
-XIV-
ks
(m/s)
Hệ số thấm ngang trong vùng đất bị xáo trộn;
kr
(m/s)
Hệ số thấm theo phương ngang hướng tâm;
m
Hệ số kinh nghiệm;
Nc
Hệ số sức chịu tải;
Po
(kPa)
Ứng suất hữu hiệu trung bình do trọng lượng bản thân gây ra;
q gh
(kPa)
Tải trọng giới hạn;
Lưu lượng thấm của giếng ứng với gradient bằng 1;
qw
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;
S∞
(m)
Độ lún ổn định;
S
(m)
Khoảng cách giữa các tim cát;
Su
(kPa)
Sức chống cắt khơng thốt nước;
s
Độ xáo trộn;
T hp
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;
Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất;
u
Áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính tốn t;
Áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm ban đầu;
0
Ut
Độ cố kết theo thời gian;
Uh
Độ cố kết theo phương ngang;
Uv
Độ cố kết theo phương đứng;
R
(m)
Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;
-XV-
r
(m)
Bán kính giếng;
rw
(m)
Bán kính giếng cát;
rs
(m)
Bán kính vùng xáo trộn;
W
(%)
Độ ẩm;
wL
(%)
Giới hạn chảy;
Wp
(%)
Giới hạn dẻo;
γw
(kN/m3)
Dung trọng của nước;
γ dd
(kN/m3)
Dung trọng khối đất đắp;
φ
(độ)
Góc ma sát trong của đất;
γ
(kN/m3)
Dung trọng tự nhiên;
δ bt
(kN/m2)
Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất phía trên gây ra
ở độ sâu H a ;
δ gl
(kN/m2)
Ứng suất do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu H a ;
1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây xây dựng hạ tầng giao thông nhằm thúc đẩy phát triển
kinh tế xã hội tại tỉnh Cà Mau đang được triển khai mạnh mẽ. Việc xây dựng các cơng
trình cầu đường phù hợp với tĩnh thơng thuyền là vấn đề thiết yếu, kéo theo việc phải
đắp cao tại các vị trí đường dẫn vào cầu. Ngồi ra do mố cầu và đường dẫn có tốc độ
lún khác nhau dẫn đến sự lún lệch bất thường và kéo dài tại vị trí tiếp giáp với mố cầu,
gây mất an tồn khi lưu thơng.
Vì vậy khi xây dựng các cơng trình giao thơng trên nền đất yếu thì việc xử lý nền
móng là hết sức cần thiết. Trong những trường hợp như vậy, yêu cầu đặt ra khi thi
công công trình là phải rút ngắn thời gian lún của nền để sau khi hồn thành việc xây
dựng và đưa cơng trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó khơng vượt q giới hạn
cho phép theo quy phạm thiết kế.
Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt lưu vực sông
Hồng và sông Mê Kơng. Tỉnh Cà Mau nằm hồn tồn trong vùng đồng bằng sơng Cửu
Long nên gần như tồn bộ diện tích của tỉnh là nền đất yếu với những điều kiện hết sức
phức tạp của đất nền. Thực tế này đã địi hỏi phải hình thành và phát triển các cơng
nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu tại tỉnh. Việc xử lý nền đất yếu là vấn
đề bức thiết và quan trọng hàng đầu trong ngành Xây dựng của tỉnh. Xử lý nền đất yếu
nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của
nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số môđun
biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…đảm bảo điều kiện khai thác bình thường
cho cơng trình.
Một số phương pháp dùng để xử lý nền đất yếu như: Gia tải trước, tầng đệm cát,
gia cố nền đường, bệ phản áp, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia cố nền đất,
nền đất bằng vật liệu nhẹ); thay bằng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều dày lớp bùn
không sâu); thoát nước cố kết (bấc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm,
dự ép chân không, chân khơng chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức tạp (hạ cọc bê
tông, hạ cọc bằng chấn động, cọc xi măng đất, cọc đất – vôi – xi măng, cọc bê tơng có
lẫn bột than); cọc cứng (cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre…
2
Có rất nhiều biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới nền đường nhưng để đảm bảo
cả về mặt kinh tế và kỹ thuật thì sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử nền đất
yếu dưới nền đường là phương án khả thi nhất để ứng dụng tại tỉnh Cà Mau.
Để biết được hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giải pháp giếng cát kết
hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu tại tỉnh Cà Mau, đề tài sẽ tiến hành tính tốn và
so sánh. Ngồi ra, ảnh hưởng của các tham số như đường kính giếng, khoảng cách
giếng, chiều sâu giếng, độ xáo trộn của giếng đến độ cố kết và độ lún của nền đất yếu
cũng được nghiên cứu và phân tích chi tiết.
2. 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 tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Tính tốn và so sánh hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giếng cát để
xử lý nền đất yếu.
- Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính giếng tới mức độ cô kết của đất nền.
- Nghiên cứu ảnh hưởng khoảng cách giữa các giếng cát tới mức độ cô kết của
đất nền.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu giếng đến hiệu quả sử dụng giếng cát.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ xáo trộn đất nền khi thi công giếng cát đến mức
độ cô kết của nền đất.
- So sánh kết quả mô phỏng ảnh hưởng của các tham số với cơ sở lý thuyết.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu và cơ sở lý thuyết trong và ngoài nước về giải
pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước, các cơ sở lý
thuyết tính tốn giếng cát.
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mơ phỏng bài tốn giếng cát kết hợp
gia tải trước.
- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D V8.6 để khảo sát ảnh hưởng của đường kính
giếng cát, khoảng cách giữa các giếng cát và chiều sâu giếng cát đến hiệu quả làm việc
của giếng.
- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D V8.6 để khảo sát ảnh hưởng của độ xáo trộn đất
nền.
3
- Mơ hình tính tốn vật liệu theo Morh – Coulomb để tính lún nền đất yếu sử
dụng giếng cát kết hợp gia tải trước.
- Dùng giải tích để khảo sát ảnh hưởng của các tham số: đường kính giếng,
khoảng cách bố trí giếng cát, chiều sâu giếng và độ xáo trộn của đất nền đến sự làm
việc của giếng cát.
- So sánh các kết quả thu được từ các phương pháp, đề xuất các giải pháp thiết kế
phù hợp.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Về mặt khoa học: Khi dùng giếng cát sẽ giúp cho nền đất yếu thoát nước nhanh,
làm hệ số rỗng giảm lại làm cho nền cố kết, làm tăng tốc độ lún.
- Về mặt thực tiễn: Sử dụng giếng cát giúp nền đường lún nhanh hơn, tăng cường
sức chịu tải của nền đất yếu. Do đó giếng cát cịn tiết kiệm chi phí vì có giá thành vật
liệu rẻ hơn các vật liệu khác, biện pháp và thiết bị thi công đơn giản.
- Ngồi ra việc phân tích tốc độ cố kết (dẫn đến độ lún) của nền đường bằng phần
mềm Plaxis với các thông số thực tế giúp mang lại kết quả nhanh chóng và chính xác
cao.
5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu sự cố kết của đất nền khi sử dụng phương
pháp giếng cát kết hợp gia tải trước có xét đến ảnh hưởng của các tham số như: đường
kính giếng, khoảng cách giếng, chiều sâu giếng và có xét đén độ xáo trộn đất nền khu
vực lỗ khoan. Ứng dụng tính tốn cho cơng trình cụ thể tại cơng trình Đường dẫn vào
cầu Kinh Mỵ ở tỉnh Cà Mau. Qua đó có thể rút ra những kết luận nhằm cải thiện điều
kiện làm việc của giếng cát, giúp đẩy nhanh hơn nữa tốc độ cố kết của đất nền theo
đúng yêu cầu thiết kế về mặt kinh tế cũng như kỹ thuật.
Đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số của giếng cát như: đường kính
giếng, khoảng cách giếng, chiều sâu giếng và độ xáo trộn của đất nền, còn các tham số
khác ảnh hưởng đến sự làm việc của giếng cát như: biến dạng của giếng, mức độ cản
thấm của giếng, sơ đồ bố trí giếng…tác giả chưa đề cập đến, đây là hạn chế của đề tài
này và cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo.
Đề tài chưa có số liệu quan trắc của cơng trình thực, cho nên chỉ có thể so sánh
với lý thuyết cố kết thấm, nên kết quả nghiên cứu chưa thuyết phục lắm.
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI
TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1 KHÁI QUÁT ĐẤT YẾU KHU VỰC TỈNH CÀ MAU
Tỉnh Cà Mau nằm trên lưu vực đồng bằng sông Mê Kông. Đây là khu vực có
tầng đất phù sa khá dày và tập trung đất yếu:
* Đặc trưng vật lý:
- Dung trọng tự nhiên: γ ≤17kN/m3
- Hệ số rỗng lớn (e >1);
- Độ sệt lớn (I L >1);
- Hệ số nén lún: a≥ 0,01 m2/kN
- Độ bão hòa: Sr≥0,8
* Đặc trưng cơ học:
- Góc ma sát trong nhỏ (φ <100);
- Lực dính theo kết quả cắt nhanh khơng thốt nước c = 0,5 – 1 KN/m2;
- Lực dính theo kết qủa cắt cánh hiện trường c u < 3,5 kN/m²;
- Sức chống mũi xuyên tỉnh q c < 0.1 Mpa;
- Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N< 5.
- Mô dun biến dạng : E≤50kN/m2
* Các loại đất yếu:
- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão
hịa nước, có cường độ thấp;
- Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất
mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;
- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả
phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%);
- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha
loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi
là cát chảy;
- Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khơ bé, khả năng thấm
nước cao, dễ bị lún sụt.
* Đặc trưng nền đất yếu khu vực Cà Mau:
5
- Lớp đất ở trên mặt: Dày khoảng 0,5m - 1,5m, gồm những loại đất sét hạt bụi
đến sét cát, có màu xám nhạt đến màu xám vàng. Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám
đen. Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm, có nơi nằm dưới mực nước ngầm.
- Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi từ
3.0m - 4.0m. Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển; thường có màu xám đen, xám
nhạt hoặc vàng nhạt, có các đặc trưng vật lý sau:
- Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterite và vỏ sị hoặc lớp cát: Lớp này dày
khoảng 3.0m ÷ 5.0m, thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ với lớp sét không
hữu cơ.
- Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày xuất hiện ở những độ sâu
khác nhau. Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy. Đất chưa được nén chặt, hệ số
rỗng lớn, dung trọng nhỏ. Sức chống cắt thấp, có màu xám vàng hoặc vàng nhạt.
1.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC
1.2.1. Giới thiệu chung phương pháp gia tải trước
Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý
nền đất yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng
thốt nước thẳng đứng vẫn thành cơng nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép.
Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng cơng trình trong tương lai.
Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải
được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra.
Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một
cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thơng
thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy
mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và
đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng cơng trình, đất nền tiếp tục bị lún và cơng trình
bị hư hỏng.
Việc gia tải trước sẽ ảnh hưởng tới các yếu tố sau:
- Độ lún tức thời.
- Độ lún cố kết sơ cấp.
- Độ lún cố kết thứ cấp.
- Sức chống cắt khơng thốt nước của đất.
6
Tuy nhiên trong thực tế chúng ta chỉ xét đến độ lún cố kết sơ cấp khi sử dụng
biện pháp gia tải
1.2.2. Đặc điểm và phạm vi áp dụng
Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:
- Tăng sức chịu tải của nền đất;
- Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian.
Để đạt được các yêu cầu trên người ta thường dùng các biện pháp sau để gia tải:
- Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự
kiến thiết kế trên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng cơng
trình.
- Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thốt nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá
trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian.
Tùy u cầu cụ thể của cơng trình, điều kiện địa chất cơng trình, địa chỉ của nơi
xây dựng mà dùng đơn lẻ hoặc cả hai biện pháp trên.
Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn
sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hòa nước.
Phương pháp này chỉ thực sự hiệu quả cho những vùng có chiều dày lớp đất yếu
nhỏ.
1.2.3. Biện pháp thi công
Kỹ thuật gia tải trước có 2 dạng:
- Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng cơng trình;
- Chất tải trước theo từng cấp tải trọng.
Để gia tải nén trước ta có thể dùng hai cách sau:
- Cách 1: Chất tải trọng nén trước lên mặt đất tại vị trí xây dựng nền đường hoặc
móng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún ổn định rồi dỡ tải sau đó xây dựng
cơng trình.
- Cách 2: Có thể xây dựng móng trước, sau đó chất tải lên móng để móng lún
đến trị số ổn định, sau đó dỡ tải và xây dựng kết cấu bên trên.
Lưu ý: Chất tải tăng theo từng cấp, mỗi cấp tăng từ 15 – 20% tổng tải trọng
cơng trình. Cần bố trí mốc để quan trắc lún trong suốt thời gian gia tải để quan sát xem
độ lún đã đạt u cầu khơng, để có biện pháp xử lý kịp thời.
1.3. TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
7
1.3.1. Lịch sử phát triển
Trên thế giới phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời, cũng như
giếng cát, nó gắn liền với kết quả cơng trình nghiên cứu về cố kết thấm của đất sét no
nước và người đầu tiên đề cập là Terzaghi khi ông tìm ra phương trình vi phân cố kết
thấm 1 chiều năm 1925.
Phương pháp giếng cát là một phương pháp tương đối cổ điển dùng để xử lý nền
đất yếu và đã được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ, Nhật,…. Mặc dù là phương pháp cổ điển
nhưng nó vẫn được ứng dụng cho tới ngày nay vì nhưng ưu điểm về kỹ thuật và kinh
tế. Phương pháp này được sử dụng vào nước ta từ những năm 1975.
1.3.2. Đặc điểm tác dụng và phạm vi áp dụng của giếng cát
* Tác dụng chính:
- Dưới tác dụng của gia tải, áp lực nước lỗ rỗng của đất tăng cao tạo chênh lệch
cột áp (i-gradien thủy lực) nước sẽ chảy từ nơi có áp lực cao sang nơi có áp lực thấp.
Do đó, nước trong đất sẽ thoát đến giếng cát theo phương ngang (cự ly giếng cát
thường nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dày của lớp đất yếu (thường ≥ 10 m). Sau đó,
nước thốt tự do dọc theo giếng cát theo phương đứng đến đệm cát dưới nền đường và
thoát ra ngồi, tăng nhanh q trình thốt nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm
độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền
đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho
phép.
- Nếu khoảng cách của giếng bố trí thích hợp thì nó cịn làm tăng độ chặt của nền
do đó sức chịu tải của nền tăng lên.
- Tăng khả năng chống trượt khi cơng trình chịu tải trọng ngang.
* Khi sử dụng phương pháp giếng cát cần chú ý vấn đề sau:
- Chỉ sử dụng hiệu quả cho cơng trình tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất
yếu không lớn.
- Thời gian thi công kéo dài.
* Sơ đồ bố trí giếng cát:
- Dạng lưới tam giác:
8
Hình 1.1. Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ tam giác đều
- Dạng lưới hình vng:
Hình 1.2. Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ hình vng
* Nhược điểm:
- Cát được sử dụng trong giếng cát phải được chọn lựa kỹ lưỡng để có hệ số thấm
tốt nhất, cho nên phải vận chuyển từ nơi xa tới công trường.
- Ngồi ra, khi thi cơng giếng cát rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn khơng
đảm bảo vai trị thốt nước do thi cơng bất cẩn hoặc do chuyển vị ngang của đất nền
lớn.
1.3.3. Phương pháp thi cơng
1.3.3.1. Trình tự thi cơng
- Thi cơng lớp đệm cát (nếu có).
9
- Định vị vị trí giếng cát.
- Vận chuyển cát (hạt trung, hạt lớn) đến vị trí.
- Hạ cọc ống thép (rỗng) đúng vị trí và cao độ thiết kế.
- Đổ cát vào đầy cọc.
- Rút cọc ống, để lại giếng cát trong đất yếu.
1.3.3.2. Biện pháp thi công
Để thi cơng giếng cát có hai phương pháp để thi cơng là:
- Phương pháp hạn chế chuyển vị của đất: Trong phương pháp này chúng ta tiến
hành tạo lỗ bằng máy khoan hoặc xói nước áp lực, khí nén.
Hình 1.3. Thi cơng giếng cát bằng phương pháp khí nén, xói nước tạo lỗ
- Phương pháp ép đất chuyển vị: Trong phương pháp này chúng ta tạo lỗ bằng
cách dùng một ống thép bịt nhọn đầu ép vào đất.
