Thạc Sĩ Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng đê biển trên nền đất yếu, áp dụng cho đê Nam Đình Vũ - Hải Ph

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014



​MỤC LỤCMỤC LỤC .iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU . ix
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI . 1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU . 2
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 2
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU . 3
1.1. TÍNH CẤP THIẾT PHẢI XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 3
1.2. TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ
BIỂN . 5
1.2.1. Nhóm phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng
của nền 6
1.2.2. Nhóm phương pháp làm tăng độ chặt của đất nền 11
1.2.3. Nhóm phương pháp nhằm truyền tải trọng công trình xuống lớp đất chịu
lực tốt hơn . 15
1.2.4. Nhóm phương pháp dùng đất có cốt . 17
1.2.5. Nhóm phương pháp xử lý bằng hóa lý 18
1.2.6. Nhóm phương pháp dùng thiết bị thoát nước thẳng đứng . 20
1.2.7. Các yêu cầu đối với thiết kế địa kỹ thuật hiện nay 23
1.3. TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ĐÊ BIỂN
NAM ĐÌNH VŨ . 23
1.3.1. Tổng quan dự án đê biển Nam Đình Vũ . 23
1.3.2. Điều kiện địa chất công trình . 25
1.3.3. Các phương án kết cấu đề xuất áp dụng. 26
1.4. SỰ CẦN THIẾT PHẢI ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO
CÁC PA KẾT CẤU ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ . 26
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 28
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 29
2.1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU 29
2.1.1. Đặc điểm và phân loại nền đất yếu . 29
2.1.2. Cường độ chống cắt không thoát nước S
u
. 29
2.2. QUAN HỆ ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ TIÊU CHUẨN PHÁ HOẠI . 30
2.2.1. Mô hình đàn hồi tuyến tính 30
2.2.2. Mô hình đàn – dẻo . 31
2.2.3. Một số mô hình khác 32
2.2.4. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb . 33
2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỐ KẾT THẤM . 34
2.4. LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 39
2.4.1. Phương pháp cân bằng giới hạn . 40
2.4.2. Phương pháp phân tích giới hạn . 44
2.5. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN . 47
2.5.1. Phương pháp giải tích 48
2.5.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 49
2.5.3. Giải bài toán cố kết thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn 49
2.5.4. Tính ứng suất biến dạng bằng phương pháp PTHH 52
2.5.5. Tính ổn định bằng phương pháp chiết giảm cường độ chống cắt (Shear
Strength Reduction) . 54
2.5.6. Lựa chọn phần mềm tính toán 55
2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 56
Chương 3. ỨNG DỤNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO ĐÊ
BIỂN NAM ĐÌNH VŨ . 58
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH . 58
3.1.1. Vị trí địa lý . 58
3.1.2. Địa hình, địa mạo . 58
3.1.3. Điều kiện địa chất cơ bản và ứng xử của nền đất yếu vùng tuyến đê biển
Nam Đình Vũ 58
3.1.4. Các phương án kết cấu đê biển được lựa chọn áp dụng 64
3.1.5. Đặc điểm và điều kiện làm việc của đê biển Nam Đình Vũ 72
3.2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN NAM
ĐÌNH VŨ – HẢI PHÒNG . 72
3.3. LỰA CHỌN MÔ HÌNH VÀ THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 73
3.3.1. Lựa chọn mô hình đất nền 73
3.3.2. Chọn thông số cho mô hình tính . 74
3.4. TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐÊ ĐẤT MÁI NGHIÊNG . 78
3.4.1. Lựa chọn phiên bản phần mềm Plaxis để tính toán . 78
3.4.2. Lựa chọn mặt cắt tính toán đê đất mái nghiêng . 78
3.4.3. Các trường hợp tính toán đê đất mái nghiêng . 79
3.4.4. Trình tự thi công đê đất mái nghiêng 79
3.4.5. Kết quả tính toán đê đất mái nghiêng – TH 1 (không xử lý nền) . 79
3.4.6. Kết quả tính toán đê đất mái nghiêng – phương án chọn 84
3.4.7. Đánh giá chung về kết quả tính toán . 88
3.5. TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐÊ BÊ TÔNG 89
3.5.1. Lựa chọn phiên bản phần mềm Plaxis để tính toán . 89
3.5.2. Lựa chọn mặt cắt tính toán Đê bê tông . 90
3.5.3. Các trường hợp tính toán đê bê tông . 90
3.5.4. Kết quả tính toán đê bê tông phương án chọn . 92
3.6. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN CHƯƠNG. 98
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 100
1. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 100
2. NHỮNG HẠN CHẾ TỒN TẠI . 101
3. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 103
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 105
PHỤ LỤC 1 : ĐÊ BÊ TÔNG PHƯƠNG ÁN CHỌN . 105
1. Mô hình bài toán . 105
2. Nội lực trong cọc qua các giai đoạn đắp 106
3. Chuyển vị của đất nền qua các giai đoạn đắp 108
PHỤ LỤC 2 : TÍNH TOÁN ĐÊ ĐẤT - TH 1 (KHÔNG XỬ LÝ NỀN) . 110
1. Chuyển vị khi đắp tới cao trình +1,00m 110
2. Khi đắp tới cao trình +3,00m 111
3. Khi đắp tới cao trình +5,00m 112
PHỤ LỤC 3 : TÍNH TOÁN ĐÊ ĐẤT – PHƯƠNG ÁN CHỌN . 113
1. Chuyển vị khi đắp tới cao trình +1,00m 113
2. Khi đắp tới cao trình +3,00m 114
3. Khi đắp tới cao trình +5,00m 115
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 - 1: Vị trí vùng dự án đê biển Nam Đình Vũ . 5
Hình 1 - 2: Lớp đệm cát có chiều dày không đổi 6
Hình 1 - 3: Lớp đệm cát giữa dày, 2 bên mỏng 6
Hình 1 - 4: Lớp đệm cát giữa mỏng, 2 bên dày 7
Hình 1 - 5: Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu nền đê 9
Hình 1 - 6: Bệ phản áp làm giảm độ dốc mái nghiêng 10
Hình 1 - 7: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum- Hàn Quốc 10
Hình 1 - 8: Cọc cát trong nền đất yếu 11
Hình 1 - 9: Dây chuyền công nghệ thi công trụ đất xi măng đơn pha . 13
Hình 1 - 10: Thi công hàng cọc xi măng đất 13
Hình 1 - 11: Cột vật liệu rời . 14
Hình 1 - 12: Đê biển New Orleans surge – Mỹ (cọc BTLT DƯL D1500) 16
Hình 1 - 13: Móng cọc khoan nhồi 17
Hình 1 - 14: Dùng vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu 18
Hình 1 - 15: Cách bố trí hệ thống giếng cát và tải trọng phụ tạm thời 21
Hình 1 - 16: Mô hình nền xử dụng bấc thấm 22
Hình 1 - 17: Trình tự thi công bấc thấm . 22
Hình 1 - 18: Hình ảnh vệ tinh khu vực dự án . 24
Hình 2 - 1: Quan hê ứng suât – biến dạng (đàn - dẻo) 32
Hình 2 - 2: Đường bao cực hạn 33
Hình 2 - 3: Lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb [15] 34
Hình 2 - 4: Mô hình thí nghiệm và Sơ đồ tính toán cố kết thấm trong trường hợp bài
toán cố kết thấm 1 chiều 35
Hình 2 - 5: Xác định mômen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn. 41
Hình 2 - 6: Xác định góc ma sát và lực dính huy động. 45
Hình 2 - 7: Chuyển vị phần tử tam giác . 53
Hình 2 - 8: Quan hệ ứng suất pháp và ứng suất cắt, giảm cường độ chống cắt . 55
Hình 3 - 1: Khoan khảo sát đê đã đắp bằng phương pháp đắp lấn 59
Hình 3 - 2: Cắt dọc địa chất điển hình tuyến đê từ hố khoan M76 đến M79 . 60
Hình 3 - 3: Biểu đồ cường độ kháng cắt không thoát nước theo chiều sâu . 63
Hình 3 - 4: Sơ đồ tuyến công trình . 64
Hình 3 - 5: Kết cấu điểm hình đê bê tông . 67
Hình 3 - 6: Kết cấu điển hình đê đất mái nghiêng 71
Hình 3 - 7: Quan hệ đường cong -logp. 74
Hình 3 - 8: Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục (theo Plaxis Material Models
Manual) . 75
Hình 3 - 9: Đường thí nghiệm nén 3 trục tại vị trí M78 75
Hình 3 - 10: Mô hình tính toán TH 1 (không xử lý nền) . 80
Hình 3 - 11: Lưới phần tử phân tích TH 1 (không xử lý nền) . 80
Hình 3 - 12: Điểm khảo sát chuyển vị TH 1 (không xử lý nền) 81
Hình 3 - 13: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp (TH 1) 81
Hình 3 - 14: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp( TH 1) 81
Hình 3 - 15: Hệ số ổn định M
sf
= 1,092 khi đắp tới +5,00m (TH 1) 83
Hình 3 - 16: Hình dạng mặt trượt khi đắp đến +5.0 84
Hình 3 - 17: Mô hình tính toán phương án chọn 84
Hình 3 - 18: Lưới phần tử phân tích phương án chọn . 85
Hình 3 - 19: Điểm khảo sát chuyển vị phương án chọn 85
Hình 3 - 20: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp(PA chọn) . 86
Hình 3 - 21: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp(PA chọn) 86
Hình 3 - 22: Hình dạng mặt trượt khi đắp tới +5,00m 88
Hình 3 - 23: Hệ số ổn định M
sf
= 1,281 khi đắp tới +5,00m 88
Hình 3 - 24: Mô hình tính toán 94
Hình 3 - 25: Sơ đồ lưới phần tử. 94
Hình 3 - 26: Hình dạng mặt trượt . 97
Hình 3 - 27: Hệ số ổn định của công trình khi đắp tới cao trình thiết kế. 97
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1 - 1: Một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của các lớp đất yếu phân bố trên mặt . 25
Bảng 2 - 1: Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu [10] 29
Bảng 3 - 1: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 1c đến lớp 3c . 62
Bảng 3 - 2: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 4 đến lớp 7b 62
Bảng 3 - 3: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 7c đến lớp 7g . 63
Bảng 3 - 4: Giá trị Eu=Es Theo Foundation analysis and design [16] 76



Bảng 3 - 5: Giá trị E các loại đất Theo Foundation analysis and design [16] 76
Bảng 3 - 6: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan M78. 78
Bảng 3 - 7: Các thông số khai báo trong mô hình 80
Bảng 3 - 8: Kết quả tính toán chuyển vị nền theo Plaxis 83
Bảng 3 - 9: Thông số vật liệu cừ bê tông ma sát cao 84
Bảng 3 - 10: Thông số vật liệu lớp cát hạt trung xử lý nền . 84
Bảng 3 - 11: Kết quả tính toán chuyển vị nền theo từng giai đoạn đắp . 85
Bảng 3 - 12: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan M17. 90
Bảng 3 - 13: Thông số địa chất tại vị trí tính toán (HK M17) . 92
Bảng 3 - 14: Thông số tường chắn sóng . 93
Bảng 3 - 15: Thông số cọc D50, D60, cọc D80 . 94
Bảng 3 - 16: Kết quả chuyển vị theo các giai đoạn thi công. 95
Bảng 3 - 17: Kết quả nội lực trong cọc theo các giai đoạn thi công 96
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của Hải Phòng tới năm
2020, kinh tế đối ngoại tiếp tục được xác định là lĩnh vực kinh tế động lực của thành
phố. Trong đó hoạt động đầu tư nước ngoài có vai trò đặc biệt quan trọng, là một
trong những động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố theo định
hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá. Để thực hiện mục tiêu này, một trong những
biện pháp quan trọng là xây dựng và phát triển khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải. Khu
kinh tế Đình Vũ – Cát Hải được quy hoạch bao gồm: khu Công nghiệp Nam Đình
Vũ 1, khu công nghiệp Nam Đình Vũ 2 và khu Phi Thuế Quan.
Dự án đầu tư xây dựng đê biển Nam Đình Vũ thuộc khu kinh tế Đình Vũ – Cát
Hải là dự án xây dựng đê bao lấn biển dài nhất Việt Nam hiện nay. Tổng chiều dài
toàn tuyến đê là 14.987 km. Tuyến đê biển và các công trình trên đê có nhiệm vụ
bảo vệ vùng lấn biển trực tiếp diện tích khoảng 2100 ha và hơn 3000 ha vùng bờ
biển phía trong để xây dựng khu công nghiệp tập trung của thành phố Hải Phòng.
Toàn bộ tuyến đê được xây dựng chủ yến trên nền đất yếu là bùn sét, màu xám,
xám đen, lẫn hữu cơ phân hủy, đôi chỗ kẹp lớp cát mỏng, trạng thái chảy. Một vài
đoạn ngắn xen kẹp lớp bùn sét pha (bùn cát pha), màu xám, xám đen, đôi chỗ lẫn vỏ
don hến, trạng thái chảy chảy. Hai lớp đất yếu này có chiều sâu trung bình từ 15m
đến 23 m. Mặt khác tuyến đê biển Nam Đình Vũ là tuyến đê lấn biển, chịu tác động
của sóng, bão và môi trường lớn, nền địa chất yếu, phức tạp vì vậy các phương án
biện pháp công trình phải thỏa mãn các yêu cầu: (i) Kết cấu phải vững chắc, chịu
được tác động lớn của môi trường như : sóng, gió, dòng chảy, tác động bất thường
của môi trường trong quá trình thi công ; (ii) Nền đất yếu nên kết cấu thân đê, xử
lý nền phải dạng kết cấu mềm và giảm nhẹ tối đa trọng lượng bản thân; (iii) Công
nghệ thi công không phức tạp, phù hợp với trình độ và khả năng thi công hiện có
của Việt Nam; (iv) Thời gian thi công nhanh vì tuyến đê này là tiền đề để dự án khu
kinh tế Đình Vũ – Cát Hải sớm hoàn thành và (v) Tận dụng nguyên, vật liệu địa
phương như cát, đá, xi măng v.v. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền
2
đất yếu đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn cao.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu ổn định đê biển trên nền đất yếu và đề xuất giải pháp tăng ổn định
cho đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng đảm bảo công trình an toàn và kinh tế.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý nền hợp lý cho các kết cấu của đê biển Nam
Đình Vũ Hải Phòng. Từ đó tính toán phân tích ứng suất biến dạng, phân tích ổn
định của các giải pháp, lựa chọn biện pháp và kết cấu xử lý nền đảm bảo công trình
an toàn và kinh tế.
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Cách tiếp cận.
Trên cơ sở các tài liệu về về địa tầng, các thông số địa chất của đất nền, tài liệu
thủy văn mục tiêu, yêu cầu của dự án lấn bằng tuyến đê bao, từ đó nghiên cứu các
giải pháp công trình và tương ứng là các giải pháp nền để đảm bảo công trình làm
việc ổn định. Trên cơ sở phân tích về lý thuyết, tính toán và mô hình hóa sự làm
việc của công trình trên nền đất yếu, luận văn đề xuất phương án cụ thể phù hợp với
tình hình điều kiện thực tế đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng nhằm làm cho công
trình an toàn và kinh tế.
- Phương pháp nghiên cứu.
+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu;
+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm
ứng dụng;
+ Phương pháp chuyên gia và hội thảo;
+ Phương pháp phân tích, tổng hợp và đề xuất giải pháp xử lý nền hợp