Tài liệu ứng dụng trụ đất vôi xi măng xử lý nền nhà máy bao bì tỉnh hậu giang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----o0o----- TRẦN QUỐC HẬU ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT VÔI XI MĂNG XỬ LÝ NỀN NHÀ MÁY BAO BÌ TỈNH HẬU GIANG CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.02.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN 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 HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …. năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. .............................................................. 2. .............................................................. 3. .............................................................. 4. .............................................................. 5. .............................................................. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Trần Quốc Hậu Giới tính : Nam Mã số học viên: 13091412 Ngày, tháng, năm sinh : 06-03-1991 Nơi sinh : Cần Thơ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Khóa: 2013 1- TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng trụ đất vôi xi măng xử lý nền nhà máy bao bì tỉnh Hậu Giang 2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI Nhiệm vụ: Xác định hàm lượng tối ưu và hiệu quả kinh tế hổn hợp đất xi măng kết hợp với vôi để xử lý nên đất yếu ở khu vực tinh Hậu Giang.Ứng dụng kết quả thí nghiệm vào bài toán cụ thể và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis Nội dung: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về một số kết quả nghiên cứu xác định cường độ vật liệu của đất trộn vôi – xi măng Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán của trụ đất trộn vôi và xi măng. Chương 3: Thí nghiệm xác định các đặc trưng của trụ đất vôi xi măng Chương 4: Ứng dụng trụ đất vôi xi măng để xử lý nền nhà máy bao bì tỉnh Hậu Giang Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 29/01/2015 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 14/06/2015 5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PHÓ GIÁO SƯ - TIẾN SĨ VÕ PHÁN Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho học viên gửi đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng lòng biết ơn sâu sắc vì sự tận tình mà quý Thầy Cô đã hướng dẫn và truyền đạt cho học viên những kiến thức quý báu trong các học kỳ vừa qua. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành. Học viên xin chân thành cám ơn Thầy PGs Ts. Võ Phán, người Thầy đã hết lòng giúp đỡ và hướng dẫn học viên trong thời gian học tập tại trường, Thầy đã hỗ trợ học viên rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu và những lời động viên quý báu trong quá trình học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Học viên xin chân thành cám ơn các Thầy PGs.Ts. Châu Ngọc Ẩn, Ts. Lê Bá Vinh, PGs.Ts. Bùi Trường Sơn, Ts. Nguyễn Minh Tâm, Ts. Lê Trọng Nghĩa, Ts. Đỗ Thanh Hải, Ts. Trần Tuấn Anh đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề, tạo điều kiện tốt nhất cho học viên học tập và nghiên cứu, luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho học viên nhiều tư liệu quan trọng và cần thiết, giúp học viên giảm bớt rất nhiều khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn. Học viên xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng Đào tạo Sau Đại học và bạn bè, gia đình đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. TP. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 6 năm 2015 Học viên thực hiện Trần Quốc Hậu TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bài nghiên cứu thí nghiệm của mẫu đất trộn vôi xi măng xácđịnh hàm lượng tối ưu và biến dạng đối vớiđịa chấtở khu vực tỉnh Hậu Giang. Ứng dụng trụ đất vôi xi măng vào xửlý nền tính toán theo 2 quan điểm nền tương đương và quan điểm nền hỗn hợp của viện kỹ thuật Châu Á AIT, tính toán xácđịnh chiều dài, đường kính cọc và khoảng cách cọc thích hợp đối với đất nền tỉnh Hậu Giang. Phương pháp phần tử hữu hạn được thực hiện trong nghiên cứu này thông qua việc mô phỏng công trình bằng phần mềm plaxis 3D với mô hình MohrCoulomb và Hardening Soil nhằm xácđịnh độ lún so sánh với phương pháp giải tích. Kết quả cho thấy tính toán theo phương pháp giải tích cho ra độ lún lớn hơn nhiều so với phương pháp phần tử hữu hạn. ABSTRACT The thesis presents the experiment research of soil sample mixing cement and lime, determines the optimal content and geologic deformation in Hau Giang Province. Applying the cement-lime soil pillar to process ground base, calculating as 2 viewpoints: equivalent ground base and immix ground base of Asian Institute of Technology (AIT), calculating to determine length, pile diameter and appropriate pile distance for ground base in Hau Giang Province. Finite element method is performed in this study through works simulation by 3D plaxis software with MohrCoulomb and the Hardening Soil model to determine subsidence compared with analytic method. Results show that calculation by the analytic method gives larger subsidence than the finite element method. DANH MỤC KÝ HIỆU  (o) : Góc ma sát trong. υcol ( o) : Góc ma sát trong trụ đất vôi xi măng υsoil ( o) : Góc ma sát trong của đất yếu được gia cố υtđ ( o) : Góc ma sát trong của nền tương đương τ (kPa) : Sức chống cắt của đất. ταν (kPa) : Ứng suất cắt trung bình dọc theo chu vi của khối trụ đất vôi : Hệ số Poisson. ν col (kN/m3) : Trọng lượng riêng của trụ đất vôi xi măng soil (kN/m3) : Trọng lượng riêng của đất yếu được gia cố tđ (kN/m3) : Trọng lượng riêng của nền tương đương σ (kN/m2) : Áp lực thẳng đứng σ’p (kN/m2) : Ứng suất tiền cố kết. σbt (kN/m3) : Ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất. ng (kN/m2) : Ứng suất do tải trọng ngoài. σh (kN/m2) : Áp lực theo phương ngang tác dung ở tiết diện nguy hiểm as (m2) : Diện tích tương đối của trụ đất vôi xi măng. Acol (m2) : Diện tích trụ đất vôi. Asoil (m2) : Diện tích của đất yếu được gia cố b (m) : Bề rộng diện chịu tải trọng cục bộ B (m) : Bề rộng của đáy nền Bcol (m) : Bề rộng khối trụ đất vôi xi măng c (kN/m2) : Lực dính của đất. Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải. Cci : Chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún. Ccol (kN/m2) : Lực dính trụ đất vôi xi măng. Csoil (kN/m2) : Lực dính của đất yếu được gia cố Ctđ (kN/m2) : Lực dính của nền tương đương Cu (kN/m2) : Sức chống cắt trung bình của đất xung quanh trụ Cαν (kN/m2) : Sức chống cắt trung bình dọc theo mặt trượt Cu.col (kN/m2) : Sức chống cắt trung bình của trụ đất vôi xi măng Ecol (kN/m2) : Module biến dạng trụ đất vôi. Esoil (kN/m2) : Module biến dạng của đất yếu được gia cố Etđ (kN/m2) : Module biến dạng của nền tương đương ffs : hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất fq : hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài Fs : Hệ số an toàn. Gsoil (kPa) : Mô đun trượt hi (m) : Bề dày lớp đất tính lún thứ i Hcol (m) : Chiều dài trụ đất vôi xi măng H (m) : Chiều cao nền đắp Hcol (m) : Chiều cao khối trụ đất vôi xi măng IP (%) : Chỉ số dẻo. IL (%) : Độ sệt. l (m) : Chiều dài của diện chịu tải trọng cục bộ Lcol (m) : Chiều dài khối trụ đất vôi xi măng q (kN) : Áp lực đáy móng qu (kPa) : Cường độ kháng nén đơn. Qult.soil (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo đất nền của trụ đất vôi Qult.group (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo cơ chế phá hoại khối Qult (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo cơ chế phá hoại cục bộ Qcreep.col (kN) : Khả năng chịu tải có kể đến từ biến Q : Khả năng chịu tải mỗi trụ trong nhóm trụ (kN) DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Sự thay đổi độ ẩm của hổn hợp vôi xi măng trước và sau khi thí nghiệm : ..... 12 Bảng 3-1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên khi làm thí nghiệm: ...................................33 Bảng 3-2: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng:......................................................................... 34 Bảng 3-3: Các chỉ tiêu của nước:....................................................................................... 34 Bảng 3-4: Các chỉ tiêu của vôi:.......................................................................................... 35 Bảng 3-5: Chế bị mẫu đất trộn vôi và xi măng theo hàm lượng ở tuổi 7, 14, 28 ngày: ....37 Bảng 3-6: Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn vôi và đất trộn xi măng : .............................. 39 Bảng 3-7: Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn vôi - xi măng: ............................................... 39 Bảng 3-8: Kết quả thí nghiệm hổn hợp mẫu đất trộn vôi và xi măng theo tỉ lệ 8-4, 8-8,8-10,8-12 và 8-14 theo thời gian 7,14,28 ngày tuổi: ................................................... 45 Bảng 3-9: Kết quả thí nghiệm hổn hợp mẫu đất trộn vôi và xi măng theo tỉ lệ 10-4, 10-8, 10-10, 10-12 và 10-14 theo thời gian 7,14,28 ngày tuổi: ................................................. 46 Bảng 3-10: Kết quả thí nghiệm hổn hợp mẫu đất trộn vôi và xi măng theo tỉ lệ 12-4, 12-8, 12-10, 12-12 và 12-14 theo thời gian 7,14,28 ngày tuổi : ................................................ 47 Bảng 3-11: Kết quả thí nghiệm hổn hợp mẫu đất trộn vôi và xi măng theo tỉ lệ 14-4, 14-8, 14-10, 14-12 và 14-14 theo thời gian 7,14,28 ngày tuổi : ................................................ 48 Bảng 3-12: Tổng hợp kết quả thí nghiệm ở thời điểm 28 ngày của hổn hợp đất – vôi – xi măng : ................................................................................................................................ 49 Bảng 4-1:Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của các lớp đất:........................................................ 54 Bảng 4-2:Chỉ tiêu cơ học của đất vôi – xi măng: .............................................................. 55 Bảng 4-3:Các chỉ tiêu của nền với khoảng cách bố trí cọc khác nhau: ............................. 57 Bảng 4-4:Tính toán khả năng chịu lực của trụ đất xi măng theo vật liệu :........................ 59 Bảng 4-5:Bảng tính sức chịu tải theo khoảng cách cọc:.................................................... 60 Bảng 4-6:Kết quả tính toán ổn định:.................................................................................. 61 Bảng 4-7:Tính lún trong khối gia cố theo khoảng cách cọc: ............................................. 62 Bảng 4-8:Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố: ..................................... 63 Bảng 4-9:Tính toán khả năng chịu lực của trụ đất xi măng theo vật liệu:......................... 63 Bảng 4-10:Bảng tính sức chịu tải theo khoảng cách cọc:.................................................. 66 Bảng 4-11:Kết quả tính toán ổn định: ............................................................................... 67 Bảng 4-12:Tính lún trong khối gia cố theo khoảng cách cọc: ........................................... 68 Bảng 4-13:Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố: ...................................69 Bảng 4-14:Các thông số vật liệu của mô hình Plaxis: ....................................................... 71 Bảng 4-15:Độ chênh lệch lún của nền nhà máy theo giải tích và mô phỏng: ................... 78 Bảng 4-16:So sánh độ lún giữa giải tích và mô phỏng:..................................................... 78 Hình ảnh và biểu đồ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀMỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT TRỘN VÔI – XI MĂNG .......................................................... 6 Bảng 1-1: Ảnh hƣởng xi măng, vôi-xi măng (25:75) ở thời gian 14 ngày sau khi ổn định của các loại đất khác nhau trong phòng thí nghiệm: ......................................................... 6 Hình 1-2: Ảnh hƣởng của sức kháng cắt cho 3 loại đất khác nhau với các hàm lƣợng khác nhau: .......................................................................................................................... 7 Hình 1-3: Quicklime (CaO) và Hydrated lime (Ca(OH)2): .............................................. 8 Hình 1-4: Cƣờng độ tăng theo thời gian của 2 loại Xi măng : .......................................... 8 Hình 1-5: Cƣờng độ tăng theo thời gian với tỉ lệ Vôi – Xi măng (25:75):........................ 8 Hình 1-6: Cƣờng độ tăng theo thời gian với tỉ lệ Vôi – Xi măng (50:50):........................ 9 Hình 1-7: Cƣờng độ theo thời gian của hàm lƣợng 200kg/m3 phụ gia :.......................... 10 Hình 1-8: Quan hệ ứng suất – biến dạng của đất trộn vôi/ xi măng : .............................. 10 Hình 1-9: Cƣờng độ của hỗn hợp đất – vôi tăng dần theo tỷ lệ vôi : .............................. 12 Hình 1-10: Cƣờng độ của đất – xi măng phụ thuộc vào hàm lƣợng xi măng : ............... 13 Hình 1-11: Cƣờng độ đất vôi– xi măng tăng dần theo thời gian : ................................... 13 CHƢƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA MẪU ĐẤT TRỘN VÔI VÀ XI MĂNG: ............................................................................................................................ 16 Hình 2-1: Tải trọng tác dụng tƣơng đối nhỏ và cọc chƣa bị rão:..................................... 27 Hình 2-2: Tải trọng tƣơng đối cao và tải trọng dọc trục tƣơng ứng với giới hạn rão của cọc: 29 CHƢƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA TRỤ ĐẤT VÔI XI MĂNG: ........................................................................................................................... 31 Hình 3-1: Máy nén đơn 1 trục không hạn chế nở hông: .................................................. 32 Hình 3-2: Máy nén đơn 1 trục không hạn chế nở hông: .................................................. 32 Hình 3-3: Khuôn đúc mẫu kích thƣớc 50x100 :……………………… .......................... 34 Hình 3-4: Hộp thiếc dùng để xác định độ ẩm :................................................................ 34 Hình 3-5: Quan hệ giữa cƣờng độ nén đơn và biến dạng đất trộn vôi và đất trộn xi măng ở tuổi 28 ngày: ................................................................................................................. 41 Hình 3-6:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn và thời gian của đất trộn vôi: ...................... 42 Hình 3-7:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn và thời gian của đất trộn xi măng: .............. 43 Hình 3-8:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn theo hàm lƣợng của đất trộn vôi và đất trộn xi măng ở tuổi 7 ngày: ................................................................................................... 44 Hình 3-9:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn theo hàm lƣợng của đất trộn vôi và đất trộn xi măng ở tuổi 28 ngày: ................................................................................................. 44 Hình 3-10:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn theo thời gian của đất trộn 8%vôi kết hợp xi măng. : ............................................................................................................................. 45 Hình 3-11:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn theo thời gian của đất trộn 10%vôi kết hợp xi măng.: .......................................................................................................................... 46 Hình 3-12:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn theo thời gian của đất trộn 12%vôi kết hợp xi măng. : ......................................................................................................................... 47 Hình 3-13:Quan hệ giữa Cƣờng độ nén đơn theo thời gian của đất trộn 14%vôi kết hợp xi măng. : ......................................................................................................................... 48 Hình 3-14:Quan hệ giữa cƣờng độ nén đơn theo hàm lƣợng vôi ở tuổi 28 ngày:........... 49 Hình 3-15:Tổng hợp các hàm lƣợng lân cận hàm lƣợng 8% vôi- 10% xi măng:............ 50 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT VÔI XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ NỀN NHÀ MÁY BAO BÌ TỈNH HẬU GIANG:......................................................................................... 53 Hình 4-1:Mặt tổng thể công trình: ................................................................................... 53 Hình 4-2:Mô hình bố trí cọc: ........................................................................................... 56 Hình 4-3:Mô hình sức chịu tải của nhóm cọc theo đất nền: ............................................ 59 Hình 4-4:Mô hình tính lún : ............................................................................................. 62 Hình 4-5:Mô hình sức chịu tải của nhóm cọc theo đất nền: ............................................ 65 Hình 4-6:Mô hình tính lún : ............................................................................................. 68 Hình 4-7:Mô phỏng bài toán trong Plaxis 3D: ................................................................ 72 Hình 4-8:Chia lƣới mô hình 2D:...................................................................................... 73 Hình 4-9:Chia lƣới mô hình 3D:...................................................................................... 73 Hình 4-10:Phân bố điểm dẻo trong nền: .......................................................................... 73 Hình 4-11:Tổng độ lún của nền: ...................................................................................... 74 Hình 4-12:Tổng độ lún của theo phƣơng đứng: .............................................................. 74 Hình 4-13:Mặt cắt độ lún theo phƣơng đứng: ................................................................. 75 Hình 4-14:Các đƣờng đồng mức mô tả độ lún mặt phẳng XY: ...................................... 75 Hình 4-15:Tổng độ lún của nền: ...................................................................................... 76 Hình 4-16:Tổng độ lún của theo phƣơng đứng: .............................................................. 76 Hình 4-17:Mặt cắt độ lún theo phƣơng đứng: ................................................................. 77 Hình 4-18:Các đƣờng đồng mức mô tả độ lún mặt phẳng XY: ...................................... 77 1 Mục Lục Mục Lục ..................................................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 3 1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài: .............................................................. 3 2. Mục tiêu nghiên cứu :...................................................................................................... 4 3. Phƣơng pháp nghiên cứu : ............................................................................................. 4 4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài: ........................................................ 4 5. Giới hạn của đề tài: ........................................................................................................ 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀMỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT TRỘN VÔI – XI MĂNG ................................................................ 6 1.1 Một số nghiên cứu trên thế giới ................................................................................... 6 1.2Một số nghiên cứu ở Việt Nam................................................................................... 10 1.3 Nhận xét chƣơng 1: .................................................................................................... 14 CHƢƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỦA TRỤ ĐẤT TRỘN VÔI VÀ XI MĂNG ...................................................................................................................................... 16 2.1 Các điều kiện áp dụng [5] .......................................................................................... 16 2.2 Cơ sở để cải tạo đất bằng phƣơng pháp trộn vôi [6] ............................................... 16 2.3 Cơ sở để cải tạo đất bằng phƣơng pháp trộn xi măng [4][6] .................................. 18 2.4 Loại đất đƣợc xử lý bằng vôi – xi măng [6] ............................................................ 21 2.4.1 Loại đất.................................................................................................................... 21 2.4.2 Thành phần khoáng ................................................................................................ 22 2.4.3 Độ pH của đất ......................................................................................................... 22 2.5 Bản chất độ bền của đất ............................................................................................ 23 2.6. Các phƣơng pháp tính toán cọc đất vôi - xi măng [5] ............................................ 24 2.6.1 Phƣơng pháp tính toán theo quan điểm cọc đất vôi- xi măng làm việc nhƣ cọc 24 2.6.3 Phƣơng pháp tính toán theo quan điểm của Viện Kỹ Thuật Châu Á [5] ............ 26 2.6.4 Tính toán biến dạng [7] .......................................................................................... 27 CHƢƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁCĐỊNH CÁCĐẶC TRƢNG CỦA TRỤ ĐẤT VÔI XI MĂNG ...................................................................................................................................... 31 3.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tƣ[8][9] .............................................. 31 3.1.2 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý xi măng ................................................... 34 3.1.3 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu của nƣớc .......................................................... 34 3.1.4 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vôi .................................................................... 35 3.2 Chế bị mẫu ................................................................................................................. 35 2 3.2. Xác định tỷ lệ vôi và xi măng: .................................................................................. 37 3.2.1 Đúc mẫu .................................................................................................................. 38 3.2.2 Chế độ dƣỡng hộ .................................................................................................... 38 3.2.3 Trình tự thí nghiệm ................................................................................................. 38 3.2.4 Tiến hành thí nghiệm nén đơn trục........................................................................ 38 3.2.5 Kết quả thí nghiệm ................................................................................................. 38 Phân tích kết quả thí nghiệm ............................................................................ 41 3.3 3.3.1 Kết quả thí nghiệm đất trộn vôi, đất trộn xi măng................................................ 41 3.3.2 Kết quả thí nghiệm hổn hợp đất trộn vôi kết hợp xi măng ...................... 45 3.4 Nhận xét .................................................................................................................... 50 3.5 Kết luận chƣơng: ..................................................................................................... 52 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT VÔI XI MĂNG ....................................................... 53 ĐỂ XỬ LÝ NỀN NHÀ MÁY BAO BÌ TỈNH HẬU GIANG ............................................... 53 4.1 Giới thiệu công trình ................................................................................................ 53 4.1.1 Địa điểm, quy mô công trình .............................................................................. 53 4.1.2 Điều kiện địa chất, thủy văn công trình ............................................................ 54 4.2 Tính toán thiết kế...................................................................................................... 56 4.2.1 Tính toán sức chịu tải .......................................................................................... 56 4.2.1.1 Thiết kế cọc với đƣờng kính D=600 ................................................................ 56 4.2.1.2 Thiết kế cọc với đƣờng kính D=400 ................................................................ 64 4.3 Ứng dụng kết quả thí nghiệm vào bài toán mô phỏng bằng Plaxis ........................ 71 4.4 Kết luận chƣơng........................................................................................................ 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 80 I. KẾT LUẬN .............................................................................................................. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 81 3 MỞ ĐẦU 1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài: Ngày nay, cùng với xu hƣớng Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nƣớc nên góp phần thúc đẩy ngành xây dựng cũng phát triển với tốc độ cao, các công trình có giá trị đầu tƣ lớn xuất hiện ngày càng nhiều nhƣ: nhà cao tầng khu công nghiệp, sân bay, bến cảng, đƣờng cao tốc, cầu Cần Thơ,.... Tuy nhiên, Đồng bằng sông cửu Long nói chung và Hậu Giang nói riêng với vị trí địa lý sông ngòi chằng chịt, đất nền chủ yếu do phù sa bồi lắng tạo thành, địa chất phức tạp, tầng đất yếu rất dầy (có nơi dày hơn 40m) . Vì vậy để tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu nhƣ: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cƣờng độ chống cắt của đất, giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp ngƣời ta sử dụng rất nhiều giải pháp: sử dụng cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi, cọc vật liệu rời, gia tải trƣớc, phun xịt xi măng, bất thấm, bơm hút chân không, vải địa kỹ thuật, … các phƣơng pháp này thƣờng có chi phí tƣơng đối cao. Để khắc phục nhƣợc điểm trên nhiều nƣớc trên thế giới đã áp dụng phƣơng pháp trộn đất với vôi, đất với xi măng, đất kết hợp với cả vôi và xi măng xử lý tại chỗ cho loại đất này. Công nghệ gia cố nền bằng trụ đất trộn xi măng kết hợp với vôi đã đƣợc áp dụng nhiều trên thế giới bắt đầu từ nhiều năm trƣớc đây. Đã có rất nhiều công trình trên thế giới sử dụng công nghệ này để gia tăng sức chịu tải và giảm biến dạng cho nền công trình. Việc ứng dụng trụ đất trộn xi măng kết hợp với vôi vào xây dựng nền móng công trình đã mang lại nhiều kết quả rất khả quan. Mặc dù giải pháp trụ đất trộn xi măng là một trong những biện pháp gia cố nền đất yếu đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới áp dụng rộng rãi vào thập niên 1970 của thế kỷ trƣớc, tuy nhiên đối với Việt Nam dù đã có nhiều nghiên cứu, song phƣơng pháp này vẫn còn chƣa đƣợc ứng dụng nhiều, đặc biệt là vùng đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Hậu Giang nói riêng. Vì thế, đƣợc sự đồng ý của Thầy hƣớng dẫn, tác giả đã mạnh dạn đề xuất đề tài : “Ứng dụng trụ đất vôi xi măng xử lý nền nhà máy bao bì tỉnh Hậu Giang” nói riêng và Việt Nam nói chung trong điều kiện đất yếu là một nhiệm vụ quan trọng và cấp bác h nhằm góp phần nâng cao hiệu quả đầu tƣ xây dựng và 4 nghiên cứu này trở thành một trong những giải pháp nền móng hợp lý cho các loại công trình. 2. Mục tiêu nghiên cứu : Mục tiêu của luận văn tập trung vào các vấn đề trên, bao gồm các nhiệm vụ chủ yếu sau đây: - Xác định sự thay đổi về độ ẩm, tỉ trọng hạt, hàm lƣợng hữu cơ và giới hạn chảy, giới hạn dẽo của hổn hợp đất trộn vôi kết hợp với xi măng. - Đánh giá sự thay đổi về cƣờng độ, module biến dạng của hổn hợp đất trộn vôi kết hợp với xi măng theo các hàm lƣợng vôi, xi măng khác nhau theo thời gian thông qua thí nghiệm nén nở hông. - Đánh giá sự thay đổi của lực dính c và góc nội ma sát υ của hổn hợp đất vôixi măng thông qua thí nghiệm cắt trực tiếp. - Với điều kiện đất nền cụ thể, sử dụng kết quả thí nghiệm trên để tính toán xử lý nền nhà máy bao bì tỉnh Hậu Giang 3. Phƣơng pháp nghiên cứu : Các phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng trong luận văn: - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về sử dụng đất trộn vôi, xi măng để gia cố nền đất yếu trên thế giới và ở Việt Nam. Nghiên cứu các phƣơng pháp thí nghiệm trong phòng và hiện trƣờng để xác định các tính chất cơ lý của đất nền và đất gia cố. - Nghiên cứu thực nghiệm: Chế bị mẫu thử và thử nghiệm tìm ra kết quả tối ƣu theo hàm lƣợng vôi – xi măng theo thời gian. Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm đồng thời ứng dụng kết quả vào tính toán ổn định của nền đất đƣợc gia cố. - Nghiên cứu mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng tính toán. 4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài: - Đề tài làm rõ hơn ảnh hƣởng của hàm lƣợng vôi – xi măng đến cƣờng độ và mô đun biến dạng của đất nhằm đánh giá thực trạng của việc xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp đất trộn vôi kết hợp với xi măng. 5 - Với việc xác định sự thay đổi tính chất cơ lý của đất nền, đánh giá cƣờng độ tối ƣu theo hàm lƣợng vôi – xi măng sao cho đạt hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế trong điều kiện đất nền tại tại tỉnh Hậu Giang, đề tài đƣa ra các thông số kỹ thuật để cho các kỹ sƣ tham khảo trong việc tính toán thiết kế cọc đất trộn vôi kết hợp xi măng, đồng thời sử dụng phƣơng pháp này giải quyết đƣợc bài toán gia cố nền đất yếu ở Hậu Giang nói riêng và ở Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung 5. Giới hạn của đề tài: - Do hạn chế về thời gian cũng nhƣ khả năng nên tác giả chỉ nghiên cứu hàm lƣợng vôi xi măng đối với đất nền ở tỉnh Hậu Giang mà chƣa nghiên cứu hết khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long để đƣa ra kết luận có tính tổng quát và thuyết phục hơn . - Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của sự thay đổi hàm lƣợng vôi – xi măng đến cƣờng độ, sức chống cắt của hổn hợp đất – vôi – xi măng, đồng thời sử dụng kết quả thí nghiệm để tính toán ổn định ở một loại đất cụ thể cho đất nền . - Do ở Hậu Giang chƣa có công trình sử dụng cọc đất trộn vôi kết hợp với xi măng, vì vậy việc ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng tính toán trong điều kiện các thông số có đƣợc trong phòng thí nghiệm. 6 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀMỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT TRỘN VÔI – XI MĂNG 1.1 Một số nghiên cứu trên thế giới Theo Ahnberg cùng các cộng sự năm 1994, kết quả thử nghiệm trong phòng bằng công nghệ của Thụy Điển cho con đƣờng ở I-95/Route 1 Interchange in Alexandria, Virginia, 1 tiểu bang ở Mỹ cho thấy đất sét quickclays và clayey silts dễ dàng xử lý bằng vôi / xi măng, trong khi đó sét hữu cơ organic clays và bùn sét (peat) rất khó xử lý. Hình 1 cho thấy xử lý cƣờng độ của 1 số loại đất sau khi ổn định 14 ngày với 100kg/m3 phụ gia. Đất cố kết thƣờng và đất yếu có sức kháng cắt không thoát nƣớc từ 5 đến 30kPa [1] Hình 1-1: Ảnh hƣởng xi măng, vôi-xi măng (25:75) ở thời gian 14 ngày sau khi ổn định của các loại đất khác nhau trong phòng thí nghiệm.[1] 7 Và lƣợng gia tăng cƣờng độ thể hiện ở hình 1-2 Hình 1-2: Ảnh hƣởng của sức kháng cắt cho 3 loại đất khác nhau với các hàm lƣợng khác nhau [1] 8 Theo [18], sự gia tăng cƣờng độ theo thời gian cho 2 loại vôi quicklime và hydrated lime không có sự khác biệt lớn (Hình 1-3) Hình 1-3: Quicklime (CaO) và Hydrated lime (Ca(OH)2) [1] Tuy nhiên sự thay đổi cƣờng độ theo thời gian cho 2 loại xi măng khác nhau có sự khác biệt (Hình 4) Hình 1- 4: Cƣờng độ tăng theothời gian của 2 loại Xi măng [1]