Thạc Sĩ Đánh giá khả năng ổn định và ứng dụng cọc vật liệu rời để xử lý nền đất yếu ở khu vực phía nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Năm 2012.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3
1.1. Các phương pháp xử lý nền 3
1.1.1. Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước . 3
1.1.2. Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước . 5
1.1.3. Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không . 7
1.2. Các phương pháp gia cường . 8
1.2.1. Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vôi 8
1.2.2. Xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật - lưới địa kỹ thuật 12
1.3. Các phương pháp phân bố lại ứng suất .14
1.3.1. Xử lý nền đất yếu bằng đệm cát .14
1.3.2. Xử lý nền bằng bệ phản áp 15
1.4. Nhận xét và phương hướng của đề tài 16


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC VẬT
LIỆU RỜI DÙNG ĐẦM RUNG SÂU 17
2.1. Giới thiệu và lịch sử của công nghệ đầm rung sâu 17
2.2. Công nghệ cọc vật liệu rời (cọc đá) 18
2.2.1. Các loại đất nền phù hợp để gia cố bằng cọc vật liệu rời 19
2.2.2. Qui trình thi công .19
2.2.3. Thông số kỹ thuật của hệ thống máy đầm rung và các thiết bị phụ trợ cho
công tác thi công cọc đá .23
2.2.4. Quản lý chất lượng thi công trong phương pháp cọc vật liệu rời 25
2.2.5. Ứng dụng và hạn chế .26
2.3. Nhận xét chương 27


CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CỌC VẬT LIỆU RỜI . .28
3.1. Khái niệm về phần tử đơn vị trong cọc vật liệu rời .28
3.2. Cơ chế phá hoại .30
3.2.1. Cơ chế phá hoại của cọc đơn 30
3.2.2. Cơ chế phá hoại của nhóm cọc .31
3.3. Phương pháp thiết kế sức chịu tải cực hạn .32
3.3.1. Sức chịu tải cực hạn cho cọc đơn riêng lẻ .32
3.3.2. Sức chịu tải cực hạn cho nhóm cọc 34
3.4. Đánh giá khả năng biến dạng (độ lún) của nền đất được xử lý bằng cọc vật liệu rời .35
3.4.1. Phương pháp giải tích 35
3.4.2. Phương pháp cân bằng .37
3.4.3. Phương pháp thực nghiệm 38
3.4.4. Phương pháp gia tăng (Gouhnour và Bayuk, 1979) 39
3.5. Ổn định mái dốc của khối nền gia cố 39
3.6. Phương pháp Priebe (1995) 41
3.7. Nhận xét chương 43


CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH NỀN ĐẤT ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI 45
4.1. Hiệu quả xử lý nền bằng cọc vật liệu rời ở công trình bãi chế tạo giàn khoan
dầu khí ở Vũng Tàu 45
4.1.1 Điều kiện địa chất của công trình và nhiệm vụ thiết kế 45
4.1.2 Tính toán ổn định và biến dạng theo phương pháp Priebe .50
4.2. Đánh giá khả năng ổn định nền đất yếu được xử lý bằng các phương pháp
khác nhau và hiệu quả của phương pháp xử lý bằng cọc vật liệu rời 61
4.2.1 Điều kiện địa chất công trình tổng thể và đặc điểm công trình đắp .61
4.2.2 Các giải pháp xử lý nền .64
4.2.3 Tính toán cọc vật liệu rời bằng phương pháp phần tử hữu hạn 71
4.3. Kết luận chương .75


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. .77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
PHỤ LỤC 1
Phụ lục A: Tính toán gia cố nền đắp sử dụng cọc đất trộn xi măng 1
Phụ lục B: Tính toán gia cố nền đắp sử dụng sàn giảm tải . 3
Phụ lục C: Tính toán gia cố nền đắp sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước 6
Phụ lục D: Tính toán gia cố nền đắp sử dụng cọc đá .

MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề nghiên cứu, ý nghĩa thực khoa học và thực tiễn của đề tài Đất sét mềm bão hòa nước là một trong các loại đất có thành phần trạng thái và tính chất đặc biệt. Để xây dựng công trình ở khu vực có loại đất này, nhất thiết phải có các biện pháp xử lý nền móng để đảm bảo điều kiện làm việc ổn định. Thực vậy, độ lún của công trình trên nền đất sét mềm bão hòa nước thường có giá trị lớn và gây mất
ổn định, không đảm bảo điều kiện sử dụng công trình, đặc biệt là các công trình cơ sở hạ tầng gây tải trọng trực tiếp lên đất sét mềm bão hòa nước.
Cho đến những năm đầu thế kỷ này, ở nước ta nói chung và các tỉnh thành phía Nam nói riêng, biện pháp xử lý nền thường được lựa chọn là bấc thấm hay giếng cát kết hợp gia tải trước hoặc bơm hút chân không, cột đất trộn xi măng để gia cường hay cọc bê tông cốt thép với công trình có tải trọng lớn. Việc xử lý nền bằng cọc vật liệu rời đã được nghiên cứu thử nghiệm và áp dụng nhiều nơi trên thế giới từ lâu nhưng áp dụng trong thực tế tại nước ta chưa nhiều. Trong những năm 80 của thế kỷ trước, việc nghiên cứu cọc vật liệu rời (cọc cát) để xử lý nền đất yếu được GS. Hoàng Văn Tân đề cập đến trong tài liệu của mình và một số bài giảng ở bậc cao học. Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng cọc vật liệu rời cho công trình cụ thể ở khu vực phía Nam là việc làm cần thiết giúp bổ sung, hoàn chỉnh các phương pháp xử lý nền tùy theo điều kiện cấu tạo địa chất của từng khu vực cụ thể.
Kết quả nghiên cứu này có thể giúp các kỹ sư và các nhà quản lý xây dựng có thêm những chọn lựa phương pháp xử lý nền thích hợp với điều kiện công trình cụ thể cũng như rút ngắn tiến độ xây dựng. Thực tế, phương pháp sử dụng cọc vật liệu rời để xử lý nền đất yếu thường có thời gian thi công ngắn, chất lượng thi công được kiểm soát chặt chẽ, giá thành tương đối hợp lý so với các phương pháp khác như cột đất trộn xi măng hay cọc bê tông cốt thép. Do đó, cọc vật liệu rời có thể là phương pháp đáng để xem xét đánh giá và nghiên cứu
trong quá trình thiết kế và lập dự án đầu tư.
Mục đích và nhiệm vụ của đề tài
 Nghiên cứu về công nghệ thi công cọc vật liệu rời sử dụng đầm rung sâu. Lịch sử hình thành, biện pháp thi công, quản lý chất lượng.
 Tổng hợp các phương pháp tính toán thiết kế cọc vật liệu rời được áp dụng trên thế giới.
 Áp dụng tính toán, thi công và kiểm tra chất lượng cho công trình thực tế theo điều kiện địa chất khu vực. Kết quả được so sánh với kết quả quan trắc.
 Ngoài ra, việc đánh giá ứng xử ứng suất – biến dạng của nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời còn được thực hiện bằng cách mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D.