Thạc Sĩ Mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NĂM 2011

MỤC LỤC
Danh mục các bảng 5
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6
MỞ ĐẦU 8
CHƯƠNG 1 10
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG NỀN ĐẤT YẾU. GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 10
1.1. Một số giải pháp gia cường nền đất yếu. 12
1.1.1. Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời [20]. 12
1.1.2. Gia cố nền đất yếu bằng vật liệu có chất kết dính [20] 16
1.2. Phương pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất 18
1.2.1. Giới thiệu cọc xi măng đất [4] 18
1.2.2. Ưu điểm của cọc xi măng đất [2] 19
1.2.4. Giới thiệu công nghệ trộn sâu [2] 24
1.2.5. Các phương pháp tính toán gia cố nền bằng cọc xi măng đất [4]. 29
1.3. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời, cọc vôi. 41
1.3.1. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời. 41
1.3.2. So sánh giữa cọc xi măng đất và cọc vôi. 41
1.4. Nhận xét về các mô hình tính toán cọc xi măng đất 42

CHƯƠNG 2 44
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH CỌC XI MĂNG ĐẤT 44
2.1. Số liệu tính toán [16]. 44
2.2. Kết quả thực nghiệm đo đạc ngoài hiện trường [16]. 47
2.2.1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn. 47
2.2.2. Thí nghiệm chất tải trọng cho cụm cọc ở hiện trường. 51
2.3. Kiểm chứng mô hình bài toán lý thuyết, xây dựng mô hình tính phù hợp. 54
2.3.1. Tính toán cọc XMĐ theo quan điểm cọc cứng. 54
2.3.2. Tính toán cột xi măng đất theo quan điểm nền tương đương. 57
2.3.3. Tính toán cột xi măng đất theo quan điểm hỗn hợp (sức chịu tải tính như cọc còn biến dạng tính như nền tương đương). 60
2.3.4. So sánh kết quả tính toán giữa các mô hình tính với kết quả thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trường. 63

CHƯƠNG 3 65
KHẢO SÁT TRÊN MÔ HÌNH SỐ, XÁC ĐỊNH PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT 65
3.1. Khảo sát mô hình tính. 65
3.1.1. Thay đổi đường kính cọc D (bán kính cọc r). 66
3.1.2. Thay đổi chiều dài cọc L. 68
3.1.3. Thay đổi mật độ cọc 70
3.2. Xác định phạm vi ứng dụng của cọc xi măng đất với công trình dân dụng. 71
3.2.1. Khảo sát biến dạng của nền theo chiều dài cọc và tải trọng tác dụng 71
3.2.2. Áp dụng cho công trình dân dụng 74
3.2.3. Ví dụ về gia cố nền bằng cọc xi măng đất cho bồn dầu (Tổng kho xăng dầu Cần Thơ). 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

Mở đầu
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, ngành xây dựng Việt Nam cũng có sự chuyển mình mạnh mẽ, hàng loạt công trình cao tầng mọc lên ở các khu đô thị lớn. Theo đó các công nghệ xử lý nền móng bằng cọc ép, cọc nhồi, cọc cát đã được khai thác và sử dụng triệt để. Tuy nhiên giá thành nguyên vật liệu ngày một tăng cao đang là vấn đề nan giải gây thiệt hại đối với nhà thầu và chủ đầu tư.
Công nghệ cọc ép, cọc nhồi bê tông cốt thép tuy có sức chịu tải lớn nhưng bên cạnh đó cũng bộc lộ những nhược điểm như giá thành cao, thời gian thi công kéo dài, gây ô nhiễm môi trường .
Chính vì thế mà một công nghệ mới đã được nghiên cứu và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới, đó chính là công nghệ cọc đất trộn xi măng (gọi tắt là “ cọc xi măng đất”, hay cũng có thể gọi là “ trụ xi măng đất”).
So với các công nghệ móng cọc khác, công nghệ cọc xi măng đất tỏ ra có hiệu quả kinh tế do tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ ngay dưới chân công trình. Đặc biệt nó chính là một giải pháp vô cùng hợp lý cho các nền đất yếu mà trong đó vùng Đồng bằng Nam Bộ của nước ta là một điển hình.
Công nghệ cọc xi măng - đất đã được nhiều đơn vị ở Việt Nam tiếp nhận, thiết kế và thi công có hiệu quả từ những năm 90 của thế kỉ trước. Tuy nhiên phạm vi áp dụng chủ yếu mới chỉ là xử lý nền móng cho các công trình giao thông thủy lợi và một số công trình công nghiệp. Việc nghiên cứu áp dụng vào xử lý nền móng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng thay thế cho móng cọc bê tông cốt thép là rất đáng quan tâm. Do đó trong luận văn này tôi nghiên cứu “Mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng”. Công nghệ cọc xi măng đất với các ưu điểm như giá thành rẻ hơn các công nghệ khác do không tốn nhiều vật liệu, tận dụng được vật liệu tại chỗ, thiết bị thi công không quá phức tạp nếu tính toán áp dụng thành công thì sẽ đạt được hiệu quả rất lớn.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đề xuất mô hình tính toán lý thuyết của cọc xi măng đất, trên cở sở đó kiến nghị phạm vi áp dụng của mô hình.
Phương pháp nghiên cứu:
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Về nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu về vật liệu cọc, mô hình tính và lời giải
- Về nghiên cứu thực nghiệm: thu thập, phân tích số liệu, kết quả thí nghiệm hiện trường.
Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài:
Nội dung của luận văn gồm ba chương:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan các giải pháp gia cường nền đất yếu. Giải pháp gia cường bằng cọc xi măng đất.
Chương 2: Xây dựng mô hình tính cọc xi măng đất.
Chương 3: Khảo sát trên mô hình số, xác định phạm vi áp dụng của cọc xi măng đất cho các công trình dân dụng.
Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công và xây dựng công trình ngầm đô thị, và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất trong thực tiễn xây dựng các công trình vừa và cao tầng ở Việt Nam.