Luận văn Ứng dụng công nghệ trộn xi măng dưới sâu và các phương pháp thí nghiệm xác định tính chất của nó trong điều kiện đất yếu khu vực Duyên Hải – Trà Vinh

Nội dung tài liệu: Luận văn Ứng dụng công nghệ trộn xi măng dưới sâu và các phương pháp thí nghiệm xác định tính chất của nó trong điều kiện đất yếu khu vực Duyên Hải – Trà Vinh

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG HUỲNH NGUYỄN NGỌC TIẾN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN XI MĂNG DƯỚI SÂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA NÓ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC DUYÊN HẢI – TRÀ VINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP VĨNH LONG, 2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG HUỲNH NGUYỄN NGỌC TIẾN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN XI MĂNG DƯỚI SÂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA NÓ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC DUYÊN HẢI – TRÀ VINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ NGÀNH: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN THÀNH ĐẠT VĨNH LONG, 2016
3. i XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP KHÓA 1 (0131212A) Học viên thực hiện: HUỲNH NGUYỄN NGỌC TIẾN Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THÀNH ĐẠT Thư ký Hội đồng bảo vệ luận văn: TS. LÊ TRUNG KIÊN Chủ tịch Hội đồng bảo vệ luận văn: TS. PHẠM SANH Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG, Ngày 15 tháng 10 năm 2016.
4. ii LỜI CAM ĐOAN *** Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các dữ liệu, hình ảnh và biểu đồ trong đề tài là hoàn toàn trung thực, chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào trước đây. Mọi sự giúp đỡ từ các hình ảnh, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn gốc thu thập rõ ràng. Đồng Tháp, ngày 30 tháng 08 năm 2016 Học viên thực hiện Huỳnh Nguyễn Ngọc Tiến
5. iii LỜI CẢM ƠN *** Qua hai năm nghiên cứu và rèn luyện tại trường Đại học Cửu Long, nhờ sự giảng dạy, hướng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo và Ban Giám Hiệu đã hướng dẫn và truyền đạt cho học viên những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành! Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy Ts. Nguyễn Thành Đạt, người Thầy đã hết lòng hướng dẫn trong thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua. Thầy không những hỗ trợ học viên rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm, nguồn tài liệu, mà còn những lời động viên, dặn dò hết sức tận tình để giúp học viên hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Học viên xin chân thành cảm ơn Thầy PGs.Ts Nguyễn Hoài Sơn cùng các Thầy, Cô, Anh chị nhân viên của Phòng đào tạo sau đại học thuộc trường Đại Học Cửu Long đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho lớp cao học xây dựng dân dụng và công nghiệp hoàn thành tốt chương trình đào tạo. Sau cùng em xin cảm ơn những người thân của em, các anh, chị, bạn bè đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Đồng Tháp, ngày 30 tháng 08 năm 2016 Học viên thực hiện Huỳnh Nguyễn Ngọc Tiến
6. iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài ................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 4 4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 4 5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài ........................................... 5 6. Hạn chế của đề tài ......................................................................................... 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ....................................................................... 6 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ trộn sâu .................................... 6 1.2 Phương trình bố trí trụ đất xi măng [06]: ................................................... 10 1.3 Công ngệ thi công trụ đất xi măng ............................................................. 10 1.4 Công nghệ trộn khô DJM (Dry Jet Mixing methods) ................................. 10 1.5 Công nghệ trộn ướt (Wet – Mixing) ........................................................... 11 1.5.1 Cánh trộn bằng kim loại DMM .................................................................. 11 1.5.2 Phương pháp trộn bằng tia áp lực cao (Jet - Grouting) .............................. 12 1.6 Nhận xét: ............................................................... 14 1.7 Ứng dụng của trụ đất xi măng .................................................................... 14 1.8 Các kết quả nghiên cứu trong nước về trụ đất xi măng .............................. 15 1.9 Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng trong và ngoài nước ............. 16 1.9.1 Một số ứng dụng trụ đất xi măng trên thế giới ........................................... 16 1.9.2 Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng tại Việt Nam ........................ 16 1.10 Nhận xét chương 1: ..................................................................................... 18 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG .... 19
7. v 2.1 Cở sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng [07], [04], [03] ......................... 19 2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như cọc 20 2.1.1.1 Tính toán ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn thứ nhất ... 20 2.1.1.2 Tính toán ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn thứ hai ..... 20 2.1.2 Tính toán theo quan điểm nền tương đương ............................................... 20 2.2 Khả năng chịu tải giới hạn theo quan điểm Viện Địa Kỹ Thuật Châu Á ... 21 2.2.1 Khả năng chịu tải giới hạn của cọc đơn...................................................... 21 2.2.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc................................................... 22 2.3 Tính toán khả năng biến dạng ..................................................................... 22 2.4 Tính toán các thông số, bố trí hình học của trụ đất xi măng ...................... 24 2.5 Nhận xét chương II ..................................................................................... 25 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ĐẶC TRƯNG CỦA TRỤ ĐẤT XI MĂNG .................................................................................. 26 3.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư .......................................... 26 3.1.1 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nền ....................................... 26 3.1.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của xi măng ..................................... 26 3.1.3 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu của nước ...................................................... 26 3.2 Quy trình chế bị mẫu .................................................................................. 29 3.2.1 Xác định tỷ lệ xi măng ................................................................................ 29 3.2.2 Chế bị mẫu .................................................................................................. 31 3.2.3 Chế độ bảo dưỡng mẫu sau khi chế bị ........................................................ 32 3.2.4 Trình tự thí nghiệm ..................................................................................... 32 3.2.5 Thí nghiệm nén đơn trục không hạn chế nở hông ...................................... 33 3.2.6 Kết quả thí nghiệm nén đơn trục không hạn chế nở hông .......................... 33 3.2.7 Thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng [5] .................................... 42
8. vi 3.2.8 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng .............................. 42 3.2.9 So sánh các kết quả thí nghiệm và hiện trường qua thông số qu (kPa) .... 46 3.2.10 Phân tích dữ liệu thí nghiệm và lựa chọn kết quả dựa trên phương trình hồi quy tuyến tính: ................................................................................................ 47 3.2.11 Nhận xét chương 3 .................................................................................... 50 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU DƯỜI NỀN CỐNG XẢ NƯỚC LÀM MÁT .......................................... 54 4.1 Giới thiệu công trình ................................................................................... 54 4.2 Điều kiện địa chất của công trình ............................................................... 57 4.3 Tính toán ổn định – biến dạng của trụ đất xi măng bằng phương pháp giải tích dựa trên nền tảng phần mềm Microsoft Excel 2013. .................................. 59 4.3.1 Theo quan điểm hỗn hợp của Viện địa kỹ thuật Châu Á AIT (dựa theo quy trình Thụy Điển SGF 4:95E) ............................................................................. 59 4.3.2 Tính toán ổn định và biến dạng của trụ đất - xi măng theo quy trình Thượng Hải Trung Quốc .......................................................................................... 66 4.3.3 Tính toán ổn định và biến dạng theo quy trình Nhật Bản ......................... 70 4.3.4 Tính toán ổn định và biến dạng theo quan điểm Viện địa kỹ thuật Châu Á AIT (dựa theo quy trình Thụy Điển SGF 4:95E) khi thực hiện thay đổi đường kính trụ (D), khoảng cách bố trí (S), chiều dài trụ (L) và cách bố trí hình học (bố trí hình vuông và hình tam giác) so với ban đầu ...................................................... 77 4.4 Phân tích ổn định – biến dạng của trụ đất xi măng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D) ......................................... 81 4.4.1 Giới thiệu ................................................................................................... 81 4.4.2 Mô hình, kết quả bài toán thông qua phần mềm mô phỏng Plaxis 3D ..... 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 99 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 99 KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 102
9. vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT c (kN/m2) : Lực dính của đất. 2 Ccol (kN/m ) : Lực dính trụ đất xi măng. 2 Csoil (kN/m ) : Lực dính của đất yếu được gia cố 2 Ctđ (kN/m ) : Lực dính của nền tương đương 2 Cu (kN/m ) : Sức chống cắt trung bình của đất xung quanh trụ Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải. Cci : Chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún. 2 Cu.col (kN/m ) : Sức chống cắt trung bình của trụ đất xi măng. (o) : Góc ma sát trong. o φcol ( ) : Góc ma sát trong trụ đất xi măng. o φsoil ( ) : Góc ma sát trong của đất yếu được gia cố o φtđ ( ) : Góc ma sát trong của nền tương đương τ (kPa) : Sức chống cắt của đất. ν : Hệ số Poisson. i 2 Δσ v (kN/m ) : Gia tăng ứng suất thẳng đứng. i 2 σ pz (kN/m ) : Ứng suất tiền cố kết. 3 σz (kN/m ) : Ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất. 2 as (m ) : Diện tích tương đối của trụ đất xi măng. 2 Acol (m ) : Diện tích trụ đất xi măng. 2 Asoil (m ) : Diện tích của đất yếu được gia cố b (m) : Bề rộng diện chịu tải trọng cục bộ B (m) : Bề rộng của đáy nền Bcol (m) : Bề rộng khối trụ đất xi măng. 2 Ecol (kN/m ) : Module biến dạng trụ đất xi măng. 2 Esoil (kN/m ) : Module biến dạng của đất yếu được gia cố 2 Etđ (kN/m ) : Module biến dạng của nền tương đương 3 col (kN/m ) : Trọng lượng riêng của trụ đất xi măng. 3 soil (kN/m ) : Trọng lượng riêng của đất yếu được gia cố 3 tđ (kN/m ) : Trọng lượng riêng của nền tương đương
10. viii ffs : hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất fq : hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài Fs : Hệ số an toàn. Gsoil (kPa) : Mô đun trượt hi (m) : Bề dày lớp đất tính lún thứ i Hcol (m) : Chiều dài trụ đất vôi H (m) : Chiều cao nền đắp Hcol (m) : Chiều cao khối trụ đất xi măng. IP (%) : Chỉ số dẻo. IL (%) : Độ sệt. l (m) : Chiều dài của diện chịu tải trọng cục bộ Lcol (m) : Chiều dài khối trụ đất xi măng. q (kN) : Áp lực đáy móng qu (kPa) : Cường độ kháng nén đơn. Qult.soil (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo đất nền của trụ đất xi măng. Qult.group (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo cơ chế phá hoại khối Qult (kN) : Khả năng chịu tải trọng tới hạn theo cơ chế phá hoại cục bộ Qcreep.col (kN) : Khả năng chịu tải có kể đến từ biến Q (kN) : Khả năng chịu tải mỗi trụ trong nhóm trụ