Tài liệu Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại thành phố cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----o0o----- TRẦN VĂN SƠN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CỌC VỮA XI MĂNG – CÁT TIẾT DIỆN NHỎ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG NHÀ KHO, NHÀ XƯỞNG TẠI THÀNH PHỐ CẦN THƠ Chuyeân ngaønh : KỸ THUẬT XD CÔNG TRÌNH NGẦM Maõ soá ngaønh : 60.58.02.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2015 Công trình được hoàn thành tại trường: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ BÁ VINH Cán bộ chấm nhận xét 1: GS.TS TRẦN THỊ THANH Cán bộ chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN VIỆT TUẤN Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM ngày 08 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS VÕ PHÁN – CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG 2. GS.TS TRẦN THỊ THANH – CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 3. TS NGUYỄN VIỆT TUẤN – CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2 4. TS. PHẠM TƯỜNG HỘI - ỦY VIÊN HỘI ĐỒNG 5. TS ĐỖ THANH HẢI - THƯ KÝ HỘI ĐỒNG Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS VÕ PHÁN PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--- Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : TRẦN VĂN SƠN MSHV : Ngày sinh : 23/04/1988 Nơi sinh : An Giang Chuyên ngành : Kỹ Thuật XD Công Trình Ngầm MS ngành: 60.58.02.04 7140134 1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ.” 2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: - Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa xi măng – cát. - Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán cho công trình thực tế. Nội dung luận văn: - Phần I: Mở đầu - Phần II: Nội dung - Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán - Chương 3: Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa xi măng – cát. - Chương 4: Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán cho công trình thực tế. - Phần III: Kết luận và kiến nghị. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 06 tháng 07 năm 2015. 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 04 tháng 12 năm 2015. 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS. Lê Bá Vinh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS. Lê Bá Vinh PGS.TS. Lê Bá Vinh PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm LỜI CÁM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô giáo Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn, trang bị nhiều kiến thức giúp cho tôi có thể hoàn thành Luận văn này. Tôi xin gửi lời tri ân đến Thầy PGS.TS. Lê Bá Vinh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và truyền thụ những kiến thức quý báu cũng như động viên, khuyến khích tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện Luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn quý Thầy, Cô Bộ môn Địa Cơ Nền Móng đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành Luận văn này. Xin chân thành cảm ơn đến các đồng nghiệp, lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình cao học. Tôi cũng xin cảm ơn tất cả các bạn lớp Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm khóa học 2013, những người đã có những đóng góp ý kiến, giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn. Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã là nguồn động lực rất lớn, quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện Luận văn. Trân trọng! Học viên TRẦN VĂN SƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI: “ Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ” Việc nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xây dựng nhà kho, nhà xưởng trên nền đất yếu tại Thành Phố Cần Thơ là rất cần thiết. Nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ thường có tải trọng không lớn và việc chọn giải pháp gia cố nền sao cho đạt ba tiêu chí về ổn định, kính tế và thời gian là rất quan trọng. Giải pháp cọc vữa xi măng - cát với đánh giá ban đầu đã đạt được ba tiêu chí trên. Tuy nhiên, cần nghiên cứu đánh giá kỹ hơn để giải pháp trên thực sự đáp ứng được yêu cầu thực tế. Đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa xi măng-cát. - Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán cho công trình thực tế. ABSTRACT THESIS TITLE: "Researching the solution about the small section cement-sand mortar stake to handle soft land-ground in building warehouses and factories in Can Tho city" Studying measures about the small section cement-sand mortar stake to build warehouse, plant on soft land-ground in Can Tho city is very necessary. Warehouses, plants in Can Tho City usually have small payload and choosing the improved platform solution to get three purposes: stability, economy and time is very important. It shows that cement-sand mortar stake solution can meet these purposes. However, we have to thoroughly study this solution to meet reality needs. The theme focused on the followings: - Applying the Plaxis 3D Foundation software to analyse weight-load capacity of cement-sand mortar stake. - Analysising and choosing the calculation-method for the actual works. MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU: ............................................................................................... 01 1. VẦN ĐỀ THỰC TIỂN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................. 01 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ................................................. 01 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 01 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ....................................................... 02 5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................ 02 6. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 02 PHẦN II: NỘI DUNG ............................................................................................ 03 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 03 1.1. MỐT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ CỌC VỮA XI MĂNG CÁT ............................. 03 1.2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN TƯƠNG TỰ .......................................... 06 1.2.1. Cọc tre, cọc tràm ..................................................................................... 06 1.2.2. Cọc cát ..................................................................................................... 06 1.2.3. Cọc vôi và cọc xi măng đất ..................................................................... 07 1.3. CÁC QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN NỀN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ GIA CỐ BẰNG CỌC VỮA XI MĂNG CÁT ............................................................. 08 1.3.1. Quan niệm cọc chịu tải hoàn toàn ........................................................... 08 1.3.2. Quan niệm nền đất và cọc làm việc đồng thời ........................................ 08 1.3.3. Nhận xét .................................................................................................. 08 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN .............................................. 09 2.1. CÁC QUY ĐỊNH CHUNG .............................................................................. 09 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC ĐƠN ................... 10 2.2.1. Sức chịu tải của vật liệu làm cọc ............................................................. 10 2.2.2. Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền ...................... 10 2.2.3. Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền .............. 11 2.2.4. Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học đất nền ........................... 12 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI ĐẤT NỀN................... 14 2.3.1. Tổng quan về sức chịu tải đất nền ............................................................ 14 2.3.2. Các phương pháp xác định sức chịu tải đất nền ...................................... 15 2.4. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC....................................... 16 2.5. TÍNH LÚN CHO NỀN ...................................................................................... 17 2.5.1. Phương pháp công lún từng lớp ............................................................... 17 2.5.2. Phương pháp lý thuyết đàn hồi ............................................................... 17 2.5.3. Tính theo lớp biến dạng tuyến tính có chiều dài hữu hạn ...................... 17 2.6. TÍNH HỆ SỐ NỀN (Knền)VÀ HỆ SỐ ĐÀN HỒI CỌC (Kcọc): ......................... 18 2.6.1. Một số số phương pháp xác định hệ số nền (Knền) ................................... 18 2.6.2. Một số số phương pháp xác định hệ số nền đàn hồi cọc (Kcọc) ............... 25 2.7. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 .................................................................................. 28 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỌC VỮA -XI MĂNG CÁT............................... 29 3.1. SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT. ....................................................................................... 28 3.2. THÍ NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG..................................................... 34 3.2.1. Phương pháp thí nghiệm ........................................................................ 34 3.2.2. Kết quả thí nghiệm ................................................................................. 34 3.3. THÍ NGHIỆM CỌC VỮA XI MĂNG CÁT. .................................................... 39 3.3.1. Công tác lấy mẫu .................................................................................... 39 3.3.2. Công tác gia công mẫu ........................................................................... 39 3.3.3. Kết quả nén mẫu..................................................................................... 42 3.4. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG ............................................................. 44 3.4.1. Mô hình Plaxis 3D Foundation .............................................................. 44 3.4.2. Thông số nhập vào Plaxis 3D Foundation ............................................. 46 3.4.3. Kết quả phân tích ................................................................................... 47 3.5. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC VÀ HỆ SỐ ĐỘ CỨNG ĐÀN HỒI CỦA CỌC (Kcọc) ............ 58 3.5.1. Mô hình Plaxis 3D Foundation .............................................................. 58 3.5.2. Thông số nhập vào Plaxis 3D Foundation ............................................. 59 3.5.3. Các trường hợp chất tải .......................................................................... 60 3.5.4. Kết quả tính toán .................................................................................... 61 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ................................................................................. 63 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ ................................................................ 64 4.1. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU. .......................................................................... 64 4.2. CẤU TẠO LIÊN KẾT GIỮA NỀN BÊ TÔNG VÀ CỌC: ............................... 64 4.3. SỨC CHỊU TẢI THEO VẬT LIỆU LÀM CỌC ............................................... 66 4.4. SỨC CHỊU TẢI DO MA SÁT THÂN CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI Ở MŨI CỌC ............................................................................................................................ 66 4.5. KIỂM TRA CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NÊN DƯỚI MŨI CỌC .................................. 70 4.5.1. Trường hợp hoạt tải nền giống của công trình thực tế (P1 = 1000kG/m2) ............................................................................................................................ 70 4.5.2. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P2 = 2000kG/m2) ............................ 72 4.5.3. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P3 = 3000kG/m2) ............................ 72 4.6. KIỂM TRA ĐỘ LÚN CỦA NÊN DƯỚI MŨI CỌC ........................................ 73 4.6.1. Trường hợp hoạt tải nền giống của công trình thực tế (P1 = 1000kG/m2) ............................................................................................................................ 73 4.7. XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH NỀN BÊ TÔNG HỢP LÝ ĐỂ ĐƯA VÀO PHẦN MỀM PHÂN TÍCH ............................................................................................ 77 4.8. TÍNH NỘI LỰC TRONG NỀN VÀ TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐẦU CỌC .................................................................................................................... 83 4.8.1. Trường hợp hoạt tải nền giống của công trình thực tế (P1 = 1000kG/m2) ............................................................................................................................ 83 4.8.2. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P2 = 2000kG/m2) ............................ 85 4.8.3. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P3 = 3000kG/m2) ............................ 86 4.8.4. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P3 = 3500kG/m2) ............................ 88 4.9. TÍNH THÉP CHO NỀN .................................................................................... 89 4.10. SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION ĐỂ TÍNH NỘI LỰC TRONG NỀN BÊ TÔNG VÀ ĐỘ LÚN ............................................................ 90 4.10.1. Thông sô nhập vào Plaxis .................................................................... 90 4.10.2. Mô hình Plaxis 3D Foundation ............................................................ 91 4.10.3. Kết quả tính toán .................................................................................. 92 4.11. BỐ TRÍ CỌC TRONG NỀN ........................................................................... 97 4.12. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC ................................................................ 98 4.13. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ................................................................................ 97 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………...102 1. KẾT LUẬN………………………………………………………………102 2. KIẾN NGHỊ………………………………………………………………103 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………104 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 – Định vị máy khoan vào vị trí cọc ........................................................... 04 Hình 1.2 – Tạo khoan lỗ ........................................................................................... 04 Hình 1.3 – Bơm vữa vào khoan lỗ............................................................................ 05 Hình 1.4 – Hoàn thành cọc ...................................................................................... 05 Hình 2.1 - Mô hình nền Winkler .............................................................................. 24 Hình 2.2 - Quan hệ giửa ứng suất và độ lún thu được từ thí nghiệm bàn nén hiện trường............................................................................................................. 24 Hình 2.3 - Đồ thị quan hệ tải trọng - chuyển vị ....................................................... 27 Hình 3.1 - Mặt cắt địa chất ...................................................................................... 33 Hình 3.2 - Thí nghiệm bàn nén hiện trường............................................................. 34 Hình 3.3 - Đồ thị quan hệ độ lún – thời gian ........................................................... 38 Hình 3.4 - Đồ thị quan hệ tải trọng - độ lún ............................................................ 39 Hình 3.5 - Đoạn cọc được lấy ngoài hiện trường .................................................... 39 Hình 3.6 - Khoan dọc trụ mẫu cọc vữa xi măng cát ................................................ 40 Hình 3.7 - Mẫu sau khi khoan .................................................................................. 40 Hình 3.8 - Mẫu sau khi khoan được ghi số thứ tự. .................................................. 41 Hình 3.9 - Mẫu sau khi gia công .............................................................................. 41 Hình 3.10 - Nén mẫu M1 .......................................................................................... 42 Hình 3.11 - Nén mẫu M2. ......................................................................................... 43 Hình 3.12 - Nén mẫu M3. ......................................................................................... 43 Hình 3.13 - Hình bố trí cọc và tấm nén ................................................................... 45 Hình 3.14 - Mô hình mô phỏng thí nghiệm bàn nén hiện trường ............................ 45 Hình 3.15 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 1. .......................................... 48 Hình 3.16 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 2 ........................................... 49 Hình 3.17 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 3 ........................................... 50 Hình 3.18 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 4 ........................................... 51 Hình 3.19 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 5 ........................................... 52 Hình 3.20 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 6 ........................................... 53 Hình 3.21 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 7 ........................................... 54 Hình 3.22- Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 8 ............................................ 55 Hình 3.23 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 9 ........................................... 56 Hình 3.24 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 10 ......................................... 57 Hình 3.25 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 11 ......................................... 58 Hình 3.26 - Mô hình mô phỏng thí nghiệm thử tĩnh. ............................................... 59 Hình 3.27 - Đồ thị quan hệ độ lún – chuyển vị. ....................................................... 62 Hình 4.1 - Cấu tạo liên kết đầu cọc với nền bê tông ................................................ 65 Hình 4.2 - Đồ thị quan hệ áp lực nén (P) - Hệ số rỗng (e) ...................................... 75 Hình 4.3 - Khoảng cách là 3 hàng cọc .................................................................... 78 Hình 4.4 - Mô hình trong Etabs v9.7 ....................................................................... 78 Hình 4.5 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X ...................................... 78 Hình 4.6 - Khoảng cách là 4 hàng cọc .................................................................... 79 Hình 4.7 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X ...................................... 79 Hình 4.8 - Khoảng cách là 5 hàng cọc .................................................................... 80 Hình 4.9 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X ...................................... 80 Hình 4.10 - Khoảng cách là 6 hàng cọc .................................................................. 81 Hình 4.11 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X .................................... 81 Hình 4.12 - Biểu đồ quan hệ số hàng cọc (n) – mômen (M) trong nền bê tông ........................................................................................................................ 82 Hình 4.13 - Mặt bằng bố trí cọc ............................................................................... 83 Hình 4.14 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X .................................... 84 Hình 4.15 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X .................................... 85 Hình 4.16 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X .................................... 87 Hình 4.17 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X. ................................... 88 Hình 4.18 - Mô hình trong Plaxis 3D Foundation ................................................... 91 Hình 4.19 - Giá trị lún trong Plaxis 3D Foundation ............................................... 92 Hình 4.20 - Mô men phương x (M11)........................................................................ 93 Hình 4.21 - Giá trị độ lún và Mômen nền bê tông trong Plaxis 3D Foundation ..... 94 Hình 4.22 - Giá trị độ lún và Mômen nền bê tông trong Plaxis 3D Foundation ..... 95 Hình 4.23 - Giá trị độ lún và Mômen nền bê tông trong Plaxis 3D Foundation ..... 96 Hình 4.24 - Bố trí cọc theo hàng .............................................................................. 97 Hình 4.25 - Bố trí cọc theo tam giác ........................................................................ 97 Hình 4.26 - Vùng ảnh hưởng của cọc khi làm việc .................................................. 98 Hình 4.27 - a) Thiết bị tạo xung lực; b) Các đầu đo vận tốc; d) Thiết bị thu và hiện thị tính hiệu .................................................................................................... 99 DANH MỤC BIỂU BẢNG Bảng 2.1 Bảng tra hệ số k theo đặc trưng đất nền theo Phương pháp thiết kế và tính toán móng nông.............................................................................................. 19 Bảng 2.2 - Bảng tra hệ số k theo đặc trưng đất nền theo Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 205:1998 và Qui trình 22TCN18-79. ............................................ 19 Bảng 2.3 - Hệ số k theo Phương pháp J.E. BOWLES. ............................................. 20 Bảng 2.4 - Bảng tra giá trị µ theo Vesic .................................................................. 21 Bảng 2.5 - Bảng tra các giá trị Nc; Nq; Nγ theo Terzaghi ........................................ 21 Bảng 3.1 - Số liệu kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường ..................................... 35 Bảng 3.2 - Kích thước mẫu khoan. ........................................................................... 42 Bảng 3.3 - Bảng số liệu nén mẫu ............................................................................. 43 Bảng 3.4 Bảng kết quả tính toán .............................................................................. 43 Bảng 3.5 - Đặt trưng vật liệu các lớp đất ................................................................ 46 Bảng 3.6 - Đặc trưng vật liệu cọc vữa xi măng cát và bàn nén bằng bê tông .......... 47 Bảng 3.7 - Các bước gán tải vào phần mềm Plaxis 3D Foundation ....................... 47 Bảng 3.8 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 1................................................... 47 Bảng 3.9 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 20%................................................ 48 Bảng 3.10 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 2................................................. 49 Bảng 3.11 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 40%.............................................. 49 Bảng 3.12 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 3................................................. 49 Bảng 3.13 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 60%.............................................. 50 Bảng 3.14 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 4................................................. 50 Bảng 3.15 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 80%.............................................. 51 Bảng 3.16 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 5................................................. 51 Bảng 3.17 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 100%............................................ 52 Bảng 3.18 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 6................................................. 52 Bảng 3.19 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 120%............................................ 53 Bảng 3.20 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 7................................................. 53 Bảng 3.21 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 140%............................................ 54 Bảng 3.22 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 8................................................. 54 Bảng 3.23 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 150%............................................ 55 Bảng 3.24 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 9................................................. 55 Bảng 3.25 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 160%............................................ 56 Bảng 3.26 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 10............................................... 56 Bảng 3.27 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 170%............................................ 57 Bảng 3.28 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 11............................................... 57 Bảng 3.29 - Đặc trưng vật liệu các lớp đất .............................................................. 59 Bảng 3.30 - Đặc trưng vật liệu cọc vữa xi măng cát ............................................... 60 Bảng 3.31 - Các trường hợp chất tải vào phần mềm Plaxis 3D Foundation .......... 60 Bảng 3.32 - Kết quả tính toán bằng Plaxis 3D Foundation..................................... 61 Bảng 4.1 - Tính sức chịu tải theo ma sát thân cọc ................................................... 68 Bảng 4.2 - Bảng kết quả tính lún .............................................................................. 76 Bảng 4.3 - Mô men ở giữa ô bản và giữa hai cọc trong các trường hợp ................ 82 Bảng 4.4 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính toán ......................... 85 Bảng 4.5 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính toán ......................... 86 Bảng 4.6 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính toán ......................... 87 Bảng 4.7 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính toán ......................... 89 Bảng 4.8 - Đặc trưng vật liệu các lớp đất ................................................................ 90 Bảng 4.9 - Đặc trưng vật liệu cọc vữa xi măng cát ................................................. 91 Bảng 4.10 - So sánh độ lún giữa các phương pháp tính, trường hợp P1 = 1000kG/m2...................................................................................................... 92 Bảng 4.11 - So sánh nội lực trong nền bê tông giữa các phương pháp tính , trường hợp P1 = 1000kG/m2)..................................................................................... 93 Bảng 4.12 - So sánh nội lực trong nền bê tông giữa các phương pháp tính , trường hợp P2 = 2000kG/m2 ...................................................................................... 94 Bảng 4.13 - So sánh nội lực trong nền bê tông giữa các phương pháp tính , trường hợp P3 = 3000kG/m2 ...................................................................................... 95 Bảng 4.14 - So sánh nội lực trong nền bê tông giữa các phương pháp tính , trường hợp P4 = 3500kG/m2 ...................................................................................... 96 Bảng 4.15 - Kết quả tính toán cọc vữa xi măng - cát……………………………….101 Bảng III.1 - Sức chịu tải tính toán cọc vữa xi măng - cát ………………………….102 Bảng III.2 - Kết quả tính toán cọc vữa xi măng - cát ……………………………...103 [1] PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Việc xây dựng công trình trên nền đất yếu đặt ra cho kỹ sư ngành Địa Kỹ Thuật những thách thức lớn, đặc biệt là xây dựng những công trình chịu tải trọng lớn, tải trọng động như công trình cảng, công trình giao thông.v.v… cũng như các công trình chịu tải trọng vừa và nhỏ như nhà kho, nhà xưởng.v.v… Có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu như gia tải trước bằng cọc cát hoặc bất thấm, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi, cọc bêtông, sàn giảm tải v.v…, nhưng giải pháp cọc xi măng cát tiết diện nhỏ là chưa phổ biến ở Việt Nam, và cũng chưa có quy trình quy phạm để hướng dẫn áp dụng. Việc nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng cát tiết diện nhỏ để xây dựng nhà kho, nhà xưởng trên nền đất yếu tại Thành Phố Cần Thơ là rất cần thiết.Nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ thường có tải trọng không lớn và việc chọn giải pháp gia cố nền sao cho đạt ba tiêu chí về ổn định, kính tế và thời gian là rất quan trọng. Giải pháp cọc vữa xi măng cát với đánh giá ban đầu đã đạt được ba tiêu chí trên. Tuy nhiên, cần nghiên cứu đánh giá kỷ hơn để giải pháp trên thực sự đáp ứng được yêu cầu thực tế. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Mục tiêu đê tài: Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ. Cụ thể nghiên cứu, giải quyết các vấn đề sau: - Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa xi măng - cát - Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán cho công trình thực tế. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: - Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu tổng quan về cọc vữa xi măng cát, các lý thuyết tính toán sức chịu tải cọc, sức chịu tải nền. - Phương pháp phần tử hữu hạn FEM: công cụ chính được sử dụng là phần mềm Etabs 9.7 và Plaxis 3D Foundation. [2] 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI: Phương pháp thi công cọc vữa xi măng cát bằng cách dùng lực nén để đưa mũi khoan xuống sâu đưới đất mà không lấy đất lên, làm cho đất xung quanh lỗ khoan bị nén chặt hơn từ đó tăng sức chịu tải của cọc cũng như sức chịu tải chung của đất nền và cọc. Với nhận định ban đầu như vậy, đã đặt ra vấn đề nghiên cứu về cọc vữa xi măng cát để ứng dụng xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại thành phố Cần Thơ. Từ lý do nêu trên, luận văn “Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ” tác giả áp dụng các tính toán theo lý thuyết kết hợp với thực nghiêm và mô phỏng nhằm đưa ra các kết luận để làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. 5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI: Đề tài giới hạn nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại thành phố Cần Thơ. Giải pháp cụ thể để làm nền là: + Gia cố nền đất yếu bằng cọc vữa xi măng cát. + Đổ nền bằng bê tông cốt thép (tuỳ theo từng địa chất và tải trọng công trình cụ thể mà chọn chiều dày nền bê tông cốt thép, chiều dài cọc, khoảng cách giữa các cọc, mác cọc cho hợp lý.) 6. CẤUTRÚC CỦA ĐỀ TÀI: Với những mục tiêu và phương pháp nêu trên, nội dung của đề tài gồm các phần chi tiết sau đây: - Phần I: Mở đầu - Phần II: Nội dung - Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán - Chương 3: Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa xi măng – cát. - Chương 4: Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán cho công trình thực tế. - Phần III: Kết luận và kiến nghị. [3] PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ CỌC VỮA XI MĂNG CÁT: Nền đất ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cưu Long nói chung, thành phố Cần Thơ nói riêng tương đối yếu, có nơi rất yếu. Để xử lý nền đất yếu này đã có nhiều giải pháp được nghiên cứu áp dụng như: cọc tràm, thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát, cọc vôi, cọc đất vôi, cọc cát-xi măng-vôi, gia tải trước kết hợp bấc thấm, giếng cát, cọc cát.v.v. các giải pháp trên đều có ưu điểm và nhược điệm của nó. Các công trình nhà xưởng, nhà kho với tải trọng vừa và nhỏ cần có một giải pháp xử lý nền hợp lý về mặt kỹ thuật, kinh tế và thời gian thi công đã đặt ra cho các kỹ sư ngành địa kỹ thuật không ngừng nghiên cứu để sáng tạo ra các giải pháp xử lý nền mới, có tính thực tiễn cao. Tác giả dựa vào nghiên cứu về cọc xi măng cát của Ths. Lê Quang Ngọc để làm cơ sở nghiên cứu cho đề tài. Cụ thể nghiên cứu của Ths. Lê Quang Ngọc như sau: - Ứng dụng cọc vữa - xi măng cát để xử lý nền đất yếu công trình Nhà Máy Chế Biến Thuỷ Sản Cổ Chiên. - Địa điểm xây dựng: Khu Công Nghiệp Trà Nóc, Phường Phước Thới, Quận Ô Môn, Thành Phố Cần Thơ. - Giải pháp kết cấu nền sau khi hoàn thiện theo dự kiến: Theo thứ tự từ dưới lên tới nền hoàn thiện: + Đất tự nhiên có gia cố cọc xi măng cát. + Cát san lấp 2m có gia cố cọc xi măng cát. + Dal dày 10cm có bố trí 1 lớp thép d6a150. - Hoạt tải sử dụng của nền là 1000kG/m2 - Số liệu địa chất: dựa vào số liệu khảo sát của Công Ty CPTS Cổ Chiên cung Cấp. - Với số liệu và yêu cầu như trên, tác giả đã sử dụng phương pháp cọc vữ xi măng cát với một thí nghiệm bàn nén hiện trường để kiểm chứng như sau: + Đường kính cọc: d = 200mm. + Chiều dài cọc: L = 8m. [4] + Khoảng cách giữa các cọc là: s = 0,8m. Như vậy mỗi cọc sẽ chịu áp lực cho diện tích là 0,64m2 nền kho. + Mác vữa được thiết kế theo tỉ lệ Mac 100. Nghĩa là để tạo ra 1m3 vữa phải dùng 410 Kg xi măng PCB 30 + 1,06 m3 Cát vàng + 260 lít nước. + Quy trình thi công cọc xi măng cát: Bước 1: Định vị máy khoan. Chiều cao tháp dẫn hướng khoan 2,6m Hình 1.1: định vị máy khoan vào vị trí cọc Bước 2: Tạo lỗ khoan: Hình 1.2: Tạo lỗ khoan [5] Vừa khoan xoay, vừa ép để đưa mũi khoan vào đất đến độ sâu thiết kế, tức là tạo lỗ khoan bằng cách ép đất ra xung quanh mà không phải lấy đất lên Bước 3: Bơm vữa vào hố khoan Hình 1.3:Bơm vữa vào lỗ khoan Vừa rút cần khoan vừa bơm vữa vào để lấp đầy hố khoan, đồng thời xoay mũi khoan để trộn đều vữa. Bước 4: Hoàn thành cọc: Hình 1.4: Hoàn thành cọc Bơm đầy vữa vào lỗ khoan, cọc hoàn thành. [6] 1.2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN TƯƠNG TỰ: 1.2.1 Cọc tre, cọc tràm: Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu, nền đất luôn luôn ở trạng thái ẩm ướt. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 2,5-6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 1630 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2. Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ. Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ. 1.2.2 Cọc cát: Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ chặt cho đất yếu, cọc cát hoặc cọc đá đã đầm chặt được sử dụng.Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống. Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để xây dựng một số công trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng và Vũng Tàu. Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc. Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có sức chịu tải tới hạn là 60KN. Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể được sử dụng. Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc cừ tràm, cọc tre...) là một bộ phận của kết cấumóng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát. Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m. [7] 1.2.3. Cọc vôi và cọc xi măng đất: Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão. Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau: - Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại. - Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt. - Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất giảm 5-8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5-3 lần. Việc chế tạo cọc xi măng đất cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun. Hàm lượng ximăng có thể từ 7-15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơnđất bùn gốc sét.Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên từ 4-5 lần so với khi chưa gia cố.Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đấtximăng này để xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất-ximăng này để gia cố nền là rất tốt.Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được dùng để chế tạo cùng đất xi măng và đất vôi. Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và áp dụng hiện trường cho thấy.Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nước và gia cường nền.Đây là giải pháp công nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu.Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng.Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện Việt Nam so với vôi. Tỷ lệ phần trăm thường dùng là 8 – 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 – 15% trọng lượng khô của đất. Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng.Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc.Cọc đất xi măng được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp, nền đê...Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất vôi.