Tài liệu Nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu khu tđ1 đô thị mới an vân dương, tỉnh thừa thiên huế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THANH BÁCH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐƢỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 - ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƢƠNG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THANH BÁCH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐƢỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 - ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƢƠNG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông : 60580205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. TRẦN ĐÌNH QUẢNG Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào hay công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Phan Thanh Bách MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................ i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... ii DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... iv MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài: .............................................................................................. 1 2 Đ i tƣợng v ph m vi nghi n u đề t i: ................................................... 1 2.1. Đ i tƣợng nghi n u..................................................................................... 1 2 2 Ph m vi nghi n u ........................................................................................ 1 3. Mụ đí h nghi n u: ........................................................................................ 1 3.1. Mụ đí h tổng quát:........................................................................................ 1 3.2. Mụ đí h ụ thể: ............................................................................................. 1 4 Phƣơng pháp nghi n u:.................................................................................. 2 5 Ý nghĩ kho học và thực tiển c đề tài: ......................................................... 2 6. Kết cấu c a luận văn: ........................................................................................ 2 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THỰC TRẠNG NỀN ĐẤT YẾU, CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Ở TỈNH THỪA THIÊN HUẾ........ 3 1.1. Tổng quan thực tr ng mất ổn định công trình ở tỉnh Thừa Thiên Huế. ......... 3 1.1.1. Khái niệm đất yếu ....................................................................................... 3 1 1 2 Tá động c a nền đất yếu đến chất lƣợng công trình ................................. 4 1.1.3. Các hiện tƣợng phá ho i ông trình khi đi qu nền đất yếu ở Thừa Thiên Huế. ....................................................................................................................... 4 1.2. Giới thiệu các giải pháp xử lý nền đất yếu để ổn định nền đƣờng đắp trên nền đất yếu.......................................................................................................................... 5 1 2 1 Thi ông đắp nền theo gi i đo n ................................................................. 5 1.2.2. Sử dụng vải đị , lƣới địa kỹ thuật để tăng ƣờng m độ ổn định. ............ 6 1.2.3. Sử dụng á phƣơng tiện thoát nƣớc thẳng đ ng ....................................... 6 1.2.3.1. Giếng cát .................................................................................................. 7 1.2.3.2. Bấc thấm. .................................................................................................. 9 1.2.4. Giải pháp dùng cọ đất gia c xi măng, vôi .............................................. 11 1.2.5. Bệ phản áp ................................................................................................. 13 1.3. Một s công trình xử lý nền đất yếu t i Thừa Thiên Huế ............................ 15 1 4 Phƣơng pháp tính ổn định nền đƣờng đắp tr n đất yếu ............................... 16 1 4 1 Nhóm á phƣơng pháp giả định mặt trƣợt .............................................. 16 1 4 1 1 Phƣơng pháp W Fellenius ..................................................................... 17 1.4 1 2 Phƣơng pháp A W Bishop ..................................................................... 18 1 4 1 3 Phƣơng pháp N J nbu ............................................................................ 19 1 4 2 Phƣơng pháp phân tí h tr ng thái ng suất – biến d ng ........................... 20 1 4 3 Phƣơng pháp phần tử hữu h n áp dụng đ i với đất .................................. 20 1.5. Giới thiệu phần mềm Slope/W trong phân tích ổn định nền đƣờng. ........... 21 1.6. Lý thuyết tính toán lún ................................................................................. 23 1.7. Kết luận Chƣơng 1 ....................................................................................... 26 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN KHU ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƢƠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU ĐÔ THỊ. ................... 27 2.1. Tổng qu n khu đô thị mới An Vân Dƣơng v nhiệm vụ phát triển kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế. .................................................................................... 27 2 2 Điều kiện đị hình địa chất và th y văn khu vực. ........................................ 29 2 2 1 Đặ điểm địa hình, địa m o........................................................................ 29 2.2.2. Cấu trú địa tầng ....................................................................................... 29 2.2.2.1. Giới PALEOZOI: ................................................................................... 29 2.2.2.2. Giới KAINOZOI: ................................................................................... 30 2 2 3 Điều kiện th y văn khu vực. ..................................................................... 30 2.3. Tập hợp s liệu, xây dựng mặt cắt tính toán. ............................................... 30 2 3 1 Đặ điểm địa chất khu đô thị mới An Vân Dƣơng .................................. 30 2 3 2 Phân vùng địa chất đất yếu khu đô thị mới An Vân Dƣơng .................... 31 2 3 3 Đặ điểm quy ho ch các tuyến đƣờng trong khu Đô thị mới An Vân Dƣơng ................................................................................................................. 33 2.3.4. Xây dựng mặt cắt tính toán. ...................................................................... 36 2.4. Các yêu cầu về lún và ổn định khi thết kế nền đƣờng đắp trên nền đất yếu. ............................................................................................................................. 37 2.4.1. Kiểm toán lún. ........................................................................................... 37 2.4.2. Kiểm toán ổn định trƣợt. ........................................................................... 37 2.4.3. Th ng kê kết quả kiểm toán ổn định - lún. ............................................... 38 2.4.3.1 Kiểm toán ổn định ................................................................................... 38 2.4.3.2 Kiểm toán lún. ......................................................................................... 40 2 5 Đánh giá khả năng ổn định nền đƣờng đắp trên nền đất yếu ....................... 41 2 6 Đề xuất giải pháp xử lý ................................................................................ 41 2.6.1. Các giải pháp xử lý phù hợp với điều kiện thi công ở Thừa Thiên Huế .. 41 2.6.2. Tổng hợp các giải pháp xử lý đề xuất ....................................................... 41 2.7. Kết luận hƣơng 2 ........................................................................................ 41 CHƢƠNG 3 ĐÁNH GIÁ TÍNH HỢP LÝ CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG ĐẮP TRÊN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 – ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƢƠNG TỈNH THỪA THIÊN HUẾ. ............................... 43 3.1. Giới thiệu hung khu TĐ1 ........................................................................... 43 3.1.1. Vị trí dự án ................................................................................................ 43 3.1.2. Quy mô công trình..................................................................................... 44 Tuyến 4,5,6,7,8,9:................................................................................................ 44 3.2. Tiêu chí hợp lý khi xá định á phƣơng pháp xử lý nền đƣờng đắp trên nền đất yếu........................................................................................................... 45 3 3 Đo n tuyến s 1. ............................................................................................ 46 3 3 1 Đặ điểm đo n tuyến s 1. ......................................................................... 46 3.3.2. Kiểm toán ổn định trƣợt và biến d ng lún c a nền đƣờng khi hƣ xử lý. ............................................................................................................................. 48 3 4 Đo n tuyến s 7 ............................................................................................ 49 3 4 1 Đặ điểm đo n tuyến s 7 .......................................................................... 49 3.4.2. Kiểm toán ổn định trƣợt và biến d ng lún c a nền đƣờng khi hƣ xử lý. ............................................................................................................................. 51 3.5. Tính toán và lựa chọn giải pháp hợp lý ....................................................... 52 3.5.1 Tuyến s 1............................................................................................... 52 3.5.1.1. Xử lý bằng phƣơng pháp th y đất kết hợp vãi địa kỹ thuật: .................. 52 3.5.1.2. Xử lý bằng phƣơng pháp giếng cát: ....................................................... 52 3.5.1.3 Xử lý bằng phƣơng pháp ọ đất gia c xi măng: ................................. 55 3.5.1.4. Khái toán chi phí xây dựng c a 3 giải pháp trên: .................................. 57 3.5.1.5. Kiến nghị lựa chọn phƣơng pháp ........................................................... 57 3.5.2. Tuyến s 7 ................................................................................................. 57 3.5.2.1. Xử lý bằng phƣơng pháp th y đất kết hợp vãi địa kỹ thuật: .................. 57 3.5.2.2. Xử lý bằng phƣơng pháp giếng cát: ....................................................... 58 3.5.2.3. Xử lý bằng phƣơng pháp ọ đất gia c xi măng : ................................ 60 3.5.2.4. Khái toán chi phí xây dựng c a 2 giải pháp trên: .................................. 62 3.5.2.5. Kiến nghị lựa chọn phƣơng pháp ........................................................... 62 3.5. Kết luận hƣơng 3 ........................................................................................ 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 64 A. Kết luận .......................................................................................................... 64 1 Xá định đƣợ á đặ trƣng ơ bản c địa chất đất yếu khu đô thị An Vân Dƣơng đồng thời xây dựng họ đồ khu vự địa chất tr n đị b n khu đô thị: ... 64 2 Phân tí h, đánh giá ƣu nhƣợ điểm, hiệu quả kinh tế - kỹ thuật c a các giải pháp xử lý đã đƣợc áp dụng tr n đị b n Khu đô thị An Vân Dƣơng: ............... 64 3. Nghiên c u v đề xuất giải pháp công nghệ xử lý đất yếu dƣới nền đắp phù hợp với điều kiện khu đô thị An Vân Dƣơng: .................................................... 65 B. Kiến nghị ........................................................................................................ 66 1 Đ i với công tác khảo sát địa chất công trình: ................................................ 66 2 Đ i với công tác thiết kế xử lý đất yếu: .......................................................... 66 3 Đ i với việc triển khai áp dụng kết quả đề tài: ............................................... 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 67 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 69 i TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐƢỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 - ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƢƠNG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Học viên: Phan Thanh Bách. Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 60580205 Khóa: K31. Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng. Tóm tắt – Với mong mu n nghiên c u tìm kiếm giải pháp hợp lý ổn định nền đƣờng đắp trên nền đất yếu từ điều kiện địa chất, th y văn thực tế c a khu vự để ng dụng vào các công trình tƣơng tự sau này. Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan, thực tr ng điều kiện địa chất và các giải pháp xử lý nền đất yếu ở tỉnh Thừa Thiên Huế. Nghiên c u thực tr ng ông trình đƣợc xây dựng trên nền đất yếu tr n địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế, nghiên c u ƣu nhƣợ điểm các biện pháp xử lý nền đất yếu và lý thuyết tính toán, giới thiệu phần mềm tính toán Slop/w. Chƣơng 2: Tổng qu n khu đô thị An Vân Dƣơng v giải pháp xử lý đất yếu t i Khu đô thị An Vân Dƣơng. Đề tài thu thấp s liệu đị hình địa chất trong khu đô thi mới An Vân Dƣơng tỉnh Thừa Thiên Huế, từ đó phân vùng địa chất yếu và xây dựng mặt cắt tính toán trên nền đất yếu đặ trƣng Đƣ r á biện pháp xử lý phù hợp Chƣơng 3: Đánh giá tính hợp lý v đề xuất các giải pháp xử lý ổn định nền đƣờng đắp trên nền đất yếu khu TĐ1 - đô thị mới An Vân Dƣơng tỉnh Thừa Thiên Huế. Thu thấp s liệu địa hình địa chất khu TĐ1 thuộ khu B đô thị mới An Vân Dƣơng tỉnh Thừa Thiên Huế, tính toán và lựa chọn biện pháp hợp lý để xử lý nền đƣờng đắp tuyến 1 và tuyến 7 trên nền đất yếu. Từ khóa - Đất yếu; hệ s ổn định, nền đƣờng đắp, giếng át, vãi địa kỹ thuật, cọ đất gia c xi măng, độ lún c kết. STUDY ON SELECTING SUITABLE SOLUTIONS TO HANDLE ROAD SURFACE ON SOFT PLATFORM OF TD1 - AN VAN DUONG NEW URBAN AREA, THUA THIEN HUE PROVINCE. Abstract - With the desire to study and find a reasonable solution to stabilize the road surface on soft platform from the geological and hydrological conditions of the area to apply to similar works in the future. Chapter 1: Introduce geological conditions and solutions for soft platform treatment in Thua Thien Hue province. Research on the status of the project built on the soft platform in Thua Thien Hue province, study about the advantages and disadvantages of soft platform treatment and calculation theory, introduce calculation software Slop/w. Chapter 2: Overview of An Van Duong urban area and solution of soft platform treatment in An Van Duong urban area. The topic of geological topography in An Van Duong new urban area of Thua Thien Hue province, from which weak geological region and construction of cross section calculated on the typical soft platform. Provide appropriate treatment Chapter 3: Assess the reasonableness and propose solutions to stabilize the road surface on the soft platform of TD1 - An Van Duong new urban area of Thua Thien Hue province. Collect the geological topography of TD1 in Zone B of An Van Duong new urban area in Thua Thien Hue province, calculate and select appropriate measures to handle the road surface of road 1 and line 7 on soft platform. Keywords - soft platform, stable coefficient, road surface, sand well, geotechnical field, reinforced soil pile, cement settlement ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: B H  C  G V W R Su Cv Cc Cr p e0 Sc Eyc : Bề rộng nền đƣờng đắp : Chiều cao nền đƣờng đắp : Dung trọng : Lực dính : Góc nội ma sát : Kh i lƣợng : Thể tích : Độ ẩm : Tuổi mẫu : S c ch ng cắt : Hệ s c kết : Hệ s nén c kết : Hệ s nén hồi phục : Áp lực tiền c kết : Hệ s rỗng : Độ lún c kết : Mô đuyn đ n hồi yêu cầu CÁC CHỮ VIẾT TẮT: MNN PTHH TCN TCXDVN TCVN TH HK : Mự nƣớc ngầm : Phần tử hữu h n : Tiêu chuẩn ngành : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam : Tiêu chuẩn Việt Nam : Trƣờng hợp : H khoan iii DANH MỤC CÁC BẢNG S hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Chỉ ti u ơ lý thu thập đƣợc c a các lớp địa chất 33 2.2 Th ng kê mặt cắt tính toán 36 2.3 Xá định tải trọng xe ộ 38 2.4 Kết quả kiểm toán ổn định 40 2.5 Kết quả kiểm toán lún 40 2.6 Các giải pháp xử lý đề xuất 41 3.1 Cá 46 3.2 Xá định tải trọng xe ộ tuyến s 1 48 3.3 Kết quả kiểm toán ổn định tuyến s 1 48 3.4 Kết quả kiểm toán lún tuyến s 1 48 3.5 Các chỉ ti u ơ lý 49 3.6 Xá định tải trọng xe ộ tuyến s 7 51 3.7 Kết quả kiểm toán ổn định tuyến s 7 51 3.8 Kết quả kiểm toán lún tuyến s 7 51 3.9 Chi phí xây dựng 57 3.10 Tổng hợp kết quả á giải pháp xử lý đất yếu tuyến s 1 57 3.11 Chi phí xây dựng 62 3.12 Tổng hợp kết quả các giải pháp xử lý đất yếu tuyến s 7 62 hỉ ti u ơ lý đị đị hất tuyến s 1 hất tuyến 7 iv DANH MỤC CÁC HÌNH S hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tên hình vẽ Đắp đất theo gi i đo n Sử dụng vải đị để tăng độ ổn định Sơ đồ nguy n lý thoát nƣớc thẳng đ ng bằng giếng cát Thi công xử lý thoát nƣớc thẳng đ ng bằng giếng cát Cấu t o xử lý nền đắp đƣờng đầu cầu tr n đất yếu bằng bấc thấm Xử lý nền đƣờng bằng bấc thấm Máy thi công cọ đất gia c xi măng Cọ đất xi măng s u khi thi ông xong Cấu t o bệ phản áp để tăng hệ s ổn định nền đƣờng Ảnh hƣởng c a bệ phản áp đến độ ổn định mái d c (Abramson 2002) Sử dụng bệ phản áp tr n đƣờng cao t Đ Nẵng – Quảng Ngãi Phân tí h ổn định với nhiều ung trƣợt khá nh u Sơ đồ tính ổn định theo phƣơng pháp phân mãnh Tổng qu n khu đô thị mới An Vân Dƣơng Phân vùng địa chất đất yếu khu đô thị mới An Vân Dƣơng Quy ho h gi o thông khu đô thị mới An Vân Dƣơng Hình trụ h kho n địa chất yếu điển hình Sơ đồ xếp xe Kiểm toán ổn định trƣờng hợp H đắp= 3m, Bn=18m Kiểm toán ổn định trƣờng hợp H đắp= 3m, Bn=36m Kiểm toán ổn định trƣờng hợp H đắp= 3m, Bn=60m Vị trí khu quy ho h TĐ1 Mặt cắt ng ng đ i diện tuyến 1 Mặt cắt địa chất tuyến s 1 Hình trụ h kho n tuyến s 1 Hình d ng ung trƣợt v hệ s ổn định tuyến s 1 khi hƣ xử lý Trang 5 6 8 9 10 10 11 12 14 14 15 16 17 28 32 35 36 38 39 39 40 43 46 47 47 48 v 3.6 3.7 3.8 Mặt ắt ng ng đ i diện tuyến s 7 Mặt ắt đị hất tuyến s 7 Hình trụ h kho n tuyến s 7 49 50 50 3.9 Hình d ng ung trƣợt v hệ s ổn định Tuyến s 7 khi hƣ xử lý 51 3.10 Hình d ng ung trƣợt v hệ s ổn định Tuyến s 1 phƣơng án th y đất 52 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 Sơ đồ b trí giếng át D=0 4m, khoảng á h L=3 2m Kết quả lún bằng phần mềm Pl xis Qu n phổ thể hiện độ lún lớn nhất t i tim Biểu đồ tƣơng qu n giữ thời gi n v hệ s ổn định Sơ đồ b trí ọ đất gi L=2m xi măng D=0 6m, khoảng á h Kết quả lún bằng phần mềm Pl xis Qu n phổ thể hiện độ lún lớn nhất t i tim Biểu đồ tƣơng quan giữa thời gian và hệ s ổn định Hình d ng ung trƣợt và hệ s ổn định Tuyến s 7 phƣơng án thay đất Sơ đồ b trí giếng át D=0 4m, khoảng á h L=3 2m Kết quả lún bằng phần mềm Pl xis Qu n phổ thể hiện độ lún lớn nhất t i tim Biểu đồ tƣơng qu n giữ thời gi n v hệ s ổn định Sơ đồ b trí ọ đất gi L=2m xi măng D=0 6m, khoảng á h Kết quả lún bằng phần mềm Pl xis Qu n phổ thể hiện độ lún lớn nhất t i tim Biểu đồ tƣơng qu n giữ thời gi n v hệ s ổn định 53 53 54 54 55 55 56 56 58 58 59 59 60 60 61 61 62 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Với đặ điểm phổ biến là hầu hết á đô thị lớn ở nƣớ t đều đƣợc xây dựng ở những vùng ó điều kiện bất lợi về địa chất và th y văn, kết hợp với sự không đồng nhất hay tính phân tán cao cả theo mặt bằng và theo chiều sâu c a nền đất. Thừa Thiên Huế ũng không ngo i lệ. Trong công cuộc xây dựng và phát triển đô thị c a tỉnh Thừa Thiên Huế, rất nhiều ông trình đƣợc ch trƣơng v ấp phép đầu tƣ xây dựng nhằm đáp ng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên với đặ điểm v điều kiện địa chất, th y văn nhƣ vậy, rất nhiều ông trình đã, đ ng v sẽ thi công bao gồm các tuyến đƣờng, á khu đô thị mới gặp bất lợi về điều kiện địa chất mà cụ thể l đi qu nền đất yếu khiến chất lƣợng, tiến độ và hiệu quả sử dụng c a công trình bị ảnh hƣởng nghiêm trọng. Với mong mu n nghiên c u tìm kiếm giải pháp hợp lý ổn định nền đƣờng đắp trên nền đất yếu từ điều kiện địa chất, th y văn thực tế c a khu vự để ng dụng vào á ông trình tƣơng tự sau này. 2. Đối tƣ ng và ph m vi nghi n c u c đề tài: 2.1. Đối tư ng nghi n c u Nền đƣờng đắp trên nền đất yếu trong khu đô thị mới An Vân Dƣơng tỉnh Thừa Thiên Huế. 2. . hạm vi nghi n c u - Xử lý nền đất yếu 1 ông trình đặ trƣng trong khu đô thị mới An Vân Dƣơng, tỉnh Thừa Thiên Huế; - Nền đất yếu đƣợc khảo sát với các s liệu thực tế v đặ trƣng - So sánh và lựa chọn phƣơng án hợp lý trong b phƣơng án gồm : 1. Thay một phần đất yếu kết hợp trải vãi địa kỹ thuật 2. Giếng cát 3. Cọ đất gia c xi măng Trong đó tìm phƣơng pháp hợp lý về giá thành và tiêu chuẩn kỹ thuật. Mỗi phƣơng án đều có sự lựa chọn kí h thƣớc t i ƣu, tuy nhi n vì thời gian nghiên c u có h n nên tác giả chỉ lựa chọn phƣơng pháp thí h hợp cho những kí h thƣớc phổ biến mà các công trình lân cận trong khu vực áp dụng. 3. Mục đích nghiên c u: 3.1. Mục đích tổng quát: Nghiên c u đề xuất giải pháp hợp lý nhất để xử lý nền đất yếu nền đất yếu đảm bảo hiệu quả kinh tế mà không ảnh hƣởng đến tiến độ thi ông ũng nhƣ hất lƣợng công trình. 3.2. Mục đích cụ thể: - Nghiên c u các m i quan hệ giữa nền đất yếu và chất lƣợng công trình, tiến độ thi công và hiệu quả kinh tế; 2 - Tập hợp ơ sở lý thuyết c a các bài toán xử lý nền đất yếu thông dụng phổ biến hiện nay. - Ứng dụng lựa chọn phƣơng pháp hợp lý đảm bảo tiến độ thi công, chất lƣợng công trình, hiệu quả kinh tế cao và phù hợp với khả năng thi ông á đơn vị thi công t i đị phƣơng để xử lý nền đất yếu cho vị trí cụ thể c a dự án H tầng kỹ thuật khu TĐ1 - Đô thị mới An Vân Dƣơng tỉnh Thừa Thiên Huế. 4. Phƣơng pháp nghi n c u: - Khảo sát, thu thập s liệu đị hình địa chất các vị trí lân cận, tham khảo các hồ sơ khảo sát, hồ sơ thiết kế xử lý nền đất yếu c a các công trình khác trong khu vực làm ơ sở tính toán; - Nghiên c u lý thuyết các bài toán xử lý nền đất yếu, tìm hiểu tính chất ơ lý a đất yếu. - Phân tích ổn định công trình trên nền đất yếu ng với mỗi phƣơng pháp đƣ r và lựa chọn phƣơng án t i ƣu nhất; 5. Ý nghĩ kho học và thực tiển c đề tài: - Đề t i đã xây dựng đƣợc 03 giải pháp xử lý ng với 3 mặt cát tính toán trên nền đất yếu đặ trƣng. - Bƣớ đầu lựa chọn đƣợc chiều dài cọ đất gia c xi măng, giếng át đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật. - Đề t i đã xây dựng các bảng biểu, mô hình phục vụ cho việc tra c u độ ổn định, độ lún dự báo nhằm giúp cho Ch đầu tƣ, á đơn vị Tƣ vấn thiết kế rút ngắn thời gian tính toán ở gi i đo n lập dự án đầu tƣ á ông trình đi qu địa chất yếu trong khu đô thị mới An Vân Dƣơng - Đề tài phần n o giúp ơ qu n h năng, v á đơn vị Tƣ vấn thiết kế lựa chọn giải pháp xử lý hợp lý nền đƣờng đắp trên nền đất yếu trong khu đô thị mới An Vân Dƣơng nhằm sơ bộ đƣợ kinh phí đầu tƣ xây dựng công trình. 6. Kết cấu c luận văn: Nội dung đề tài b o gồm: Chương 1: Giới thiệu tổng quan thực trạng nền đất yếu, các giải pháp xử lý nền đất yếu ở tỉnh Thừa Thiên Huế Chương 2: Tổng quan khu đô thị mới An Vân Dương và đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu tại Khu đô thị Chương 3: Đánh giá tính hợp lý các giải pháp xử lý ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu khu TĐ1 - đô thị mới An Vân Dương tỉnh Thừa Thiên Huế Kết luận, kiến nghị. 3 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THỰC TRẠNG NỀN ĐẤT YẾU, CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Ở TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 1.1. Tổng quan thực tr ng mất ổn định công trình ở tỉnh Thừa Thiên Huế. 1.1.1. Khái niệm đất yếu Đất yếu là các lo i đất khả năng hịu tải nhỏ thƣờng vào khoảng ( 0,5-1,0) daN/cm2, có tính nén lún lớn, hầu hết bảo hò nƣớc, có hệ s rổng lớn (e>1), mô đun biện d ng thấp (Eo<50 daN/cm2), khả năng h ng cắt nhỏ (lực dính C theo kết quả cắt nh nh không thoát nƣớc từ 0.15 kg/cm2 trở xu ng, góc nội ma sát =0 ÷ 10o) Do đó khi xây dựng nền đắp tr n đât yếu nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp thƣờng dễ bị mất ổn định toàn kh i hoặc lún quá m c cho phép kéo dài ảnh hƣởng đến nền mặt đƣờng và các công trình trên tuyến. Tùy theo nguy n nhân hình th nh đất yếu có thể có nguồn g c khoáng vật hoặc nguồn g c hữu ơ Lo i có nguồn g c khoáng vật thƣờng là sét hoặc á sét trầm tích trong nƣớc ở ven biển, vùng vịnh… lo i này có thể lẩn hữu ơ trong quá trình trầm tích nên ó m u nâu đen, xám đen, ó mùi Lo i có nguồn g c hữu ơ thƣờng đƣợc hình thành từ đầm lầy, nơi nƣớ tí h đọng thƣờng xuyên, mự nƣớc cao, t i đây á lo i thực vật phát triển, th i rửa và phân h y t o ra các vật lắng hữu ơ lẩn với các trầm tích khoáng vật Thƣờng đƣợc gọi l đất đầm lầy th n bùn, h m lƣợng hữu ơ chiếm từ 20-80% thƣờng ó m u nâu đen h y nâu sẩm, cấu trúc không mịn. Ở Việt N m thƣờng gặp các lo i đất yếu nhƣ s u: a) Đất sét mềm: là các lo i đất sét hoặ á sét tƣơng đ i chặt, bão hò nƣớc, có ƣờng độ cao so với bùn ó độ sệt từ dẻo chảy đến chảy ó ƣờng độ kết cấu nhỏ c =0,2-0,3 daN/cm2. b) Bùn: theo qu n điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới hình thành trong môi trƣờng nƣớc ngọt v nƣớc biển gồm các h t đất mịn (200m) với phần trăm á h t nhỏ hơn 2m cao. Tỉ lệ phần trăm á hất hữu ơ nhỏ hơn 10% Bùn đƣợc hình thành do sự lắng đọng t i đáy biển, vùng vịnh, hồ và các bãi bồi c sông, đặc biệt các cửa sông chịu ảnh hƣởng c a th y triều. Đất bùn luôn no nƣớc và khả năng hịu lực rất yếu, độ ẩm c a bùn luôn cao hơn giới h n chảy, hệ s rổng e>1 với á cát và á sét, còn với sét e>1 5 Mô đun biến d ng nhỏ với lo i bùn sét Eo<5 daN/cm2 với lo i bùn á sét từ 10-15 daN/cm2. c) Than bùn: l đất yếu nguồn g c hữu ơ đƣợc t o thành theo kết quả phân h y các di tích hữu ơ thực vật t i cá đầm lầy. Than bùn có dung trọng khô rất thấp 3-5 kN/m3, h m lƣợng hữu ơ hiếm từ 20-80%, thƣờng m u đen hoă nâu sẩm còn thấy t n dƣ a thực vật nhƣ á sợi Độ ẩm tự nhiên c a than bùn cao 85-95% hệ s nén lún từ 3-10 cm/daN d) Cát chảy: là các lo i cát mịn, có kết cấu rời r c, khi bảo hò nƣớc có thể bị pha 4 loảng hoặ nén chặt đáng kể, có ch a nhiều chất hữu ơ hoặc sét. Lo i cát này khi chịu tác dụng chấn động hoặc ng suất th y động thì chuyển sang tr ng thái lỏng nhớt gọi là cát chảy. Trong thành phần c a cát chảy h m lƣợng cát bụi (0,05-0,002mm) chiếm tới 60-70% hoặc lớn hơn e) Đất badan: Có đặ điểm l độ rổng rất lớn dung trọng khô rất thấp. Thành phần c đất badan gi ng với thành phần h t đất sét, khả năng thấm nƣớc khá cao. 1.1.2. Tác động của nền đất yếu đến chất lư ng công trình Nền đất yếu và các biện pháp xử lý Nền đắp tr n đất yếu là một trong những công trình xây dựng thƣờng gặp Cho đến nay ở nƣớc ta, việc xây dựng nền đắp tr n đất yếu vẫn là một vấn đề tồn t i và là một b i toán khó đ i với ngƣời xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề ph c t p cần đƣợc nghiên c u xử lý nghi m tú , đảm bảo sự ổn định v độ lún cho phép c a công trình. Nền đất yếu là nền đất không đ s c chịu tải, không đ độ bền và biến d ng nhiều, do vậy không thể xây dựng á ông trình Đất yếu là một lo i đất không có khả năng h ng đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên. Khi thi công các công trình xây dựng gặp các lo i nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất c a lớp đất yếu, đặ điểm cấu t o c ông trình m ngƣời t dùng phƣơng pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng s c chịu tải c a nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thƣờng cho công trình. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá hính xá đƣợc các tính chất ơ lý a nền đất để l m ơ sở v đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp Đây l một vấn đề hết s khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến th c khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm đƣợc t i đ á sự c , hƣ hỏng c a công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. 1.1.3. Các hiện tư ng phá hoại công trình khi đi qua nền đất yếu ở Thừa Thi n Huế. Ở tỉnh Thừa Thiên Huế, có khá nhiều hiện tƣợng phá ho i ông trình khi đi qu nền đất yếu. Mặ dù đã ó á biện pháp xử lý nhƣng do điều kiện thời tiết c ng nhƣ quá trình khảo sát hƣ đánh giá đúng đƣợc hiện tr ng các lớp địa chất nên dẫn đến hiện tƣợng công trình bị phá ho i khi đi qu nền đất yếu. Đ i với các công trình dân dụng và công nghiệp, hiện tƣợng phá ho i công trình là hiện tƣợng lún cục bộ gây n t các cấu kiện b tông nhƣ tƣờng, dầm, sàn có thể kể đến công trình kh i nh đ h năng trƣờng THCS Chu Văn An, Tp Huế Đ i với các công trình giao thông, hiện tƣợng phá ho i công trình là hiện tƣợng lún trƣợt, mất ổn định nền đƣờng gây phá ho i kết cấu áo đƣờng nhƣ hằn lún vệt bánh xe, s t lở mái t luy đƣờng. Có thể kể đến hằn lún vệt bánh xe qu c lộ 1A đo n qua xã Lộc Bổn, Lộc Th y Huyện Phú Lộc. Đ i với các công trình th y lợi, ông trình đ điều. hiện tƣợng phá ho i công 5 trình là hiện tƣợng mất ổn định, lún dẫn đến s t lở, sói ngầm. Có thể đến s t lở đ biển xã Hải Dƣơng, thị xã Hƣơng Tr 1.2. Giới thiệu các giải pháp xử lý nền đất yếu để ổn định nền đƣờng đắp trên nền đất yếu Khi xây dựng nền đƣờng trên nền đất yếu để đảm bảo ổn định nền đƣờng có nhiều biện pháp xử lý Trong đó một s là nhằm để cải thiện sự ổn định c a nền đắp tr n đất yếu (nhƣ giảm trọng lƣợng c a nền đắp, làm thoải mái taluy, xây dựng bệ phải áp, cho nền đắp hôn sâu v o đất yếu), một s là nhằm để tăng ƣờng ƣờng độ (cu) c a nền đất yếu, một s biện pháp khá l m tăng nh nh t độ c kết hoặc giảm độ lún tổng cộng (nhƣ l m ọc cát, cột đất gia c , nền cọ …) Hi n n y ó một s giải pháp xử lý ổn định nền đƣờng tr n đất yếu nhƣ s u: 1.2.1. Thi công đắp nền theo giai đoạn Khi ƣờng độ b n đầu c a nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đƣờng ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần ƣờng độ c a nó bằng đắp đất từng lớp một, chờ ho đất nến c kết, s c chịu cắt tăng l n, ó khả năng hịu đƣợc tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo. Đầu ti n t xá định chiều o ho phép đắp lớp đất đầu ti n H tƣơng ng với s c kháng cắt b n đầu c đất yếu là Cu1. Chờ ho đất yếu c kết ho n to n dƣới tải trọng  H1 thì đắp lớp tiếp theo, khi đó s c kháng cắt c a nền đất t i độ sâu z sẽ tăng th m 1 lƣợng là Cu, lúc này nền đất yếu có một s c ch ng cắt mới là Cu2=Cu1+ Cu cho phép t đắp nền đƣờng đến chiều cao H2 và c tiếp tụ nhƣ vậy ho đến khi đ t chiều cao đắp c a nền đƣờng. Đây l biện pháp xử lý khá đơn giản, nhƣng nhƣợ điểm lớn c a biện pháp này là thời gian thi công kéo dài do bị không chế bởi thời gian chờ nền đƣờng c kết. Hình 1.1. Đắp đất theo giai đoạn 6 1.2.2. Sử dụng vải địa, lưới địa kỹ thuật để tăng cường m c độ ổn định. Khi đắp nền tr n đất yếu với chiều cao lớn hơn hiều cao giới h n, nền đƣờng sẽ bị trƣợt trồi Để ch ng l i sự phá hỏng này ta sử dụng vải đị , lƣới địa kỹ thuật làm c t tăng ƣờng ở đáy nền đắp, khu vực tiếp xúc giữa nền đắp v đất yếu. Do b trí c t nhƣ vậy kh i trƣợt c a nền đắp nếu xảy ra sẽ bị c t chịu kéo giữ l i nhờ đó tăng th m m c độ ổn định cho nền đắp. Hình 1.2. Sử dụng vải địa để tăng độ ổn định Lợi ích khi sử dụng vải địa kỹ thuật ch yếu l để tăng ổn định c a nền, giữ đƣợc t độ lún đều c a các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp nhƣng không ó tá dụng đẩy nh nh độ lún. 1.2.3. Sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đ ng Khi b trí á phƣơng tiện thoát nƣớ theo phƣơng thẳng đ ng (giếng cát hoặc bấc thấm), dƣới tác dụng c a tải trọng đắp nƣớc c kết ở các lớp sâu trong đất yếu sẽ ó điều kiện để thoát nh nh (thoát theo phƣơng nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự nhi n) Do đó nền đất yếu sẽ tăng ƣờng độ (C,) và nền đắp tr n đất yếu sẽ ổn định. Những nguyên lý chung c đƣờng thấm thẳng đ ng: - Đƣờng thấm thẳng đ ng gồm một cột vật liệu thấm nƣớ v thoát nƣớc tự do nằm trong một v ch thẳng đ ng đƣợc t o th nh trong đất yếu và một lớp át đệm rải trên nền thiên nhiên. Ch năng đƣờng thấm thẳng đ ng là làm thành một tuyến thoát nƣớc nhân t o để tăng nh nh t độ c kết ho đất yếu nằm dƣới nền đƣờng đắp o đầu cầu. - Khi chất tải lên lớp đất yếu nƣớc lỗ rỗng chịu một áp lực, sinh ra một gradien th y lực và bị đẩy r đƣờng giới h n c a lớp đất yếu. Nếu không ó đƣờng thấm thẳng đ ng thì thời gi n nƣớc thấm từ lỗ rỗng ch nƣớc tới bề mặt thấm nƣớc sẽ chậm hơn thời gian yêu cầu để đ t một độ c kết ho trƣớc. - Đƣờng thấm thẳng đ ng t o thành một đƣờng thoát nƣớc nhân t o gần nhất c a nƣớc lỗ rỗng để tăng nh nh độ c kết Để đ t đƣợc mục tiêu này phải b trí khoảng 7 cách c á đƣờng thấm thẳng đ ng thích hợp nhằm cho việ thoát nƣớc và c kết tăng nh nh v ho phép đ t đƣợ độ c kết mong mu n trong thời gian quy định. - Với một đồ án thiết kế kinh tế và t i ƣu thì m i tƣơng qu n giữa chiều dày c a lớp đất yếu, độ thấm thẳng đ ng và nằm ngang c a nó, khoảng á h v đƣờng kính giếng cát phải thật rõ ràng. Vì vậy mụ đí h a bản thuyết minh tính toán là phải thỏa mãn các m i tƣơng qu n n y bằng cách giải thích giếng cát thiết kế thoát nƣớ r nhƣ thế nào. - Cũng ần lƣu ý l việc tác dụng tải trọng gia tải phải gây ra một áp lực lớn hơn áp lự nƣớc lỗ rỗng, áp lực ch động cần thiết để đẩy nhanh việ thoát nƣớc lỗ rỗng để tăng hiệu suất c đƣờng thấm thẳng đ ng. B trí á phƣơng tiện thoát nƣớ theo phƣơng thẳng đ ng (giếng cát, bấc thấm) nƣớc c kết ở các lớp sâu trong đất yếu dƣới tác dụng c a tải trọng đắp sẽ ó điều kiện thoát nƣớ nh nh (thoát nƣớ theo phƣơng nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát ra mặt đất tự nhi n) Phƣơng pháp n y thƣờng đƣợc áp dụng khi tầng đất yếu có bề dày lớn (vƣợt quá bề rộng đáy nền đƣờng) Tuy nhi n để đảm bảo phát huy đƣợc hiệu quả thoát nƣớc này thì chiều o đắp t i thiểu nên là 4m và khi thiết kế cần thoả mãn á điều kiện (theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000 [13] ):  vz   z  (1,2  1,5) pz  lg(  vz   z )  lg  pz lg(  vz   z )  lg  vz (1.1)  0,6 (1.2) σ vz : Áp lực thẳng đ ng do trọng lƣợng bản thân các lớp đất yếu gây ra ở độ sâu z; σ z : Áp lực thẳng đ ng do tải trọng đắp; σ pz : Áp lực tiền c kết ở độ sâu z trong đất yếu; 1.2.3.1. Giếng cát Xử lý nền đƣờng bằng giếng át: L m á đƣờng thấm bằng vật liệu át đóng xu ng b n dƣới nền có tác dụng thoát nƣớc cho nền đƣờng. Biện pháp thoát nƣớc thẳng đ ng bằng giếng át đƣợc áp dụng phổ biến để xử lý đất yếu có bề dày lớn. Giếng át đƣợc dùng bằng cát h t trung hoặc thô. Áp dụng biện pháp xử lý bằng giếng át đ t đƣợc hai mụ đí h hính s u: - Tăng nh nh độ c kết c a nền đất do đó giảm đƣợc thời gi n lƣu tải. - Tăng ƣờng độ c đất nền, đảm bảo độ ổn định c a nền đƣờng đắp trên các đo n đất yếu. Nhiệm vụ đặt ra là làm thế n o để rút ngắn thời gi n lún để đảm bảo tiến độ xây dựng, đảm bảo độ lún còn l i s u khi đƣ ông trình v o sử dụng không vƣợt quá độ lún ho phép Thông thƣờng ngƣời ta dùng giếng át ó đƣờng kính = 30 ÷ 40cm, đƣợ đóng v o nền đất bão ho nƣớ đến độ sâu thiết kế để làm ch năng nhƣ những 8 đƣờng thoát nƣớc ngắn nhất, nhằm đẩy nhanh quá trình c kết nền đất yếu đó Do đó, phƣơng pháp n y luôn luôn đƣợc kèm thêm một on đ đắp cát hay tải trọng ngoài chất lên trên bề mặt c a tầng đất cần gia c (gọi là gia tải trƣớc). Lớp đất yếu bão hoà nƣớ ng d y, phƣơng pháp SD ng hiệu quả về độ lún. Tác dụng giếng cát trong xử lý nền: - Tăng nh nh t độ c kết c a nền, do đó l m ho ông trình xây dựng ở trên nh nh hóng đ t đến giới h n ổn định về lún, đồng thời l m ho đất nền có khả năng biến d ng đồng đều. - Tăng độ ổn định về ƣờng độ c a nền đất yếu dƣới nền đƣờng do nền thoát nƣớc nhanh, c kết nhanh. Vì vậy đẩy nhanh tiến độ thi ông, đảm bảo an toàn trong khai thác sử dụng. Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát Cần lƣu ý rằng khi sử dụng giếng cát gia c nền đất yếu cần đảm bảo đ t đƣợ độ đồng đều c a cát trong su t chiều dài giếng cát, tránh hiện tƣợng đ t đầu giếng cát dƣới tác dụng các lo i tải trọng. Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu ó h m lƣợng hữu ơ không lớn (thƣờng <10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền c kết c đất yếu.