Thạc Sĩ Nghiên cứu tính toán các cơ chế phá hoại tường chắn loại cọc ximăng - đất để gia cố hố đào sâu

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh đất nước đang tiến lên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa với tốc độ nhanh, không chỉ ở các thành phố lớn, các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long ngày càng có nhiều dự án, công trình dân dụng và công nghiệp có quy mô được triển khai xây dựng. Trong khi đó, Việt Nam được biết đến là một quốc gia có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt lưu vực Sông Hồng và Sông Mêkông. Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp. Thực tế này đòi hỏi con người phải tìm ra và phát triển các công nghệ thích hợp để xử lý nền đất yếu. Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của đất nền, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, trị số mođun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất
Cho tới thời điểm hiện nay, đã có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu, đặc biệt là ở những vùng đất yếu Nam Bộ của nước ta, nơi có lớp đất bùn sâu vài chục mét như: dùng đệm cát, cọc cát, trụ vật liệu rời thoát nước thẳng đứng, cọc xi măng-đất, đất - vôi, cát - xi măng, bấc thấm, bản nhựa .
Trong đó, công nghệ cọc ximăng - đất đã được ứng dụng tại Việt Nam từ năm 1981và được áp dụng hàng loạt cho các công trình nhà ở và công nghiệp ở Việt Nam mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Song song với giải pháp sử dụng cọc ximăng - đất để gia cố nền đất yếu, thì vấn đề giải quyết bài toán sử dụng cọc ximăng - đất để gia cố thành hố đào trong quá trình thi công các hạng mục ngầm của các công trình dân dụng, giao thông, công trình thủy như: nhà ở chung cư, cao ốc văn phòng, bãi đậu xe ngầm, đường cầu chui là một vấn đề phức tạp cần phải giải quyết như thế nào để đạt kết quả an toàn, không ô nhiễm môi trường và kinh tế nhất.
Do cơ chế làm việc của loại tường chắn đất gia cố hố đào sâu nói chung tường cọc ximăng - đất nói riêng diễn biến rất phức tạp. Chính vì vậy, vấn đề “nghiên cứu tính toán các cơ chế phá hoại tường chắn loại cọc ximăng - đất để gia cố hố đào sâu” cần được nghiên cứu, giải quyết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Tìm hiểu nguyên nhân và tính toán các cơ chế phá hoại tường chắn loại cọc ximăng - đất gia công hố đào sâu.
Sử dụng phần mềm plaxis để mô phỏng và phân vùng ứng suất biến dạng cho từng trường hợp bài toán.
3. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên phương pháp đồ giải H.Blum và phương pháp cân bằng giới hạn Coulumb để tính nội lực của tường.
Thu thập thống kê số liệu các công trình đã có để làm cở sở dữ liệu cho các phương án tính toán.
Tính toán, phân tích dựa trên các phương pháp tính, các phần mềm chuyên dùng. Phân tích, chọn lựa phương án và tiến hành tính toán theo phương án đã lựa chọn.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phân tích các cơ chế phá hoại tường cọc ximăng - đất để gia cố hố đào sâu cho các vùng đất yếu thuộc hai khu vực thành phố Hồ Chí Minh và thành phố Cần Thơ trên cơ sở tìm hiểu và quan trắc các công trình đã có để tìm hiểu nguyên nhân. Thiết lập nguên lý thiết kế gia cố và đề ra quy trình kỹ thuật thi công cho công để giảm, tránh sự cố có thể xảy ra.
5. Nội dung luận án
Nội dung của luận văn là đề xuất giải pháp thiết kế và nguyên lý tính toán tường vây loại cọc ximăng - đất bảo vệ hố đào sâu để tránh phá hoại.
Với các nội dung chính sau:

Chương 1: Tổng quan về các giải pháp bảo vệ thành hố đào và sử dụng cọc ximăng - đất trong công tác bảo vệ thành hố đào.
Chương 2: Mô hình và phương pháp tính toán cho tường bảo vệ thành hố đào bằng cọc ximăng - đất.
Chương 3: Phân tích yếu tố phá hoại chính tường chắn cọc ximăng - đất để gia cố hố đào sâu.
Chương 4: Mô phỏng và phân tích các yếu tố phá hoại tường chắn bằng phần mềm Plaxis 2D.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
6. Hạn chế của đề tài
Nội dung nghiên cứu các yếu tố phá hoại tường chắn loại cọc ximăng - đất trong gia cố hố đào sâu cho tải trọng tĩnh.
Bài toán được thực hiện trên cơ sở lý thuyết và tính toán dựa trên các phần mềm hiện có.
Tài liệu tham khảo về nội dung của đề tài còn hạn chế.

MUC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO
VÀ SỬ DỤNG CỌC XIMĂNG - ĐẤT TRONG CÔNG TÁC BẢO VỆ THÀNH
HỐ ĐÀO . 4
1.1 Sơ lược các giải pháp gia cố hố đào hiện nay thường dùng . 4
1.2 Giới thiệu về cọc ximăng – đất bảo vệ thành hố đào, những sự cố xảy ra trong
tính toán và thực tế . 8
1.2.1 Khái niệm và sơ lược lịch sử hình thành cọc ximăng–đất 8
1.2.2 Phạm vi ứng dụng của cọc ximăng – đất 17
1.2.3 Cơ sở lý thuyết cho cọc ximăng - đất 19
1.2.3.1 Chất gia cố . 19
1.2.3.2 Các phản ứng hóa học 20
1.2.3.3 Quá trình nén chặt cơ học 25
1.2.3.4 Quá trình cố kết thấm . 26
1.2.3.5 Quá trình gia tăng cường độ của cọc gia cố và sức kháng cắt của đất
nền. 28
1.3 Ưu, nhược điểm và các giải pháp an toàn khi sử dụng cọc xi măng - đất bảo vệ
thành hố đào . 29
1.3.1 Ưu, nhược điểm khi sử dụng cọc ximăng - đất . 29
1.3.2 Đề xuất phương án an toàn khi sử dụng cọc xi măng đất bảo vệ thành hố
đào 30
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG
CHẮN BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 31
2.1 Nội dung và phương pháp tính toán . 31
2.2 Mô hình tính toán tường cọc ximăng – đất không hệ giằng chống (hố đào nông) 32
2.3 Mô hình tính toán tường cọc ximăng - đất có hệ giằng chống (hố đào sâu) 36
2.3.1 Mô hình tính toán tường cọc ximăng - đất loại neo đơn hoặc chống đơn 36
2.3.2 Mô hình tính toán tường cọc ximăng - đất loại chống nhiều tầng (dùng cho
hố đào sâu - giả định đất đồng nhất) 38
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YẾU TỐ PHÁ HOẠI CHÍNH TƯỜNG CHẮN CỌC
XIMĂNG - ĐẤT ĐỂ GIA CỐ HỐ ĐÀO SÂU . 42
3.1 Sơ lược về công nghệ thi công cọc ximăng - đất để gia cố hố đào. . 42
3.2 Các bước thiết kế dãy cọc ximăng - đất để gia cố thành hố đào 46
3.2.1 Quy trình thiết kế chung 47
3.2.2 Thiết kế hố đào 50
3.3 Các yếu tố phá hoại tường gia cố hố đào cọc ximăng - đất. 50
3.3.1 Tường bị phá hoại do chuyển vị ngang của khối đất xung quanh cọc trong
quá trình thi công . 50
3.3.2 Phá hoại do lớp đất dưới chân tường 57
3.3.3 Phá hoại do moment uốn và lực cắt lớn nhất 60
3.3.4 Phá hoại do trượt đáy chân tường . 61
3.3.5 Phá hoại do hiện tượng trồi đất, trồi nước ở dưới đáy chân tường . 66
3.3.6 Phá hoại do dòng thấm khi hạ mực nước ngầm để thi công . 69
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC CƠ CHẾ PHÁ HOẠI TƯỜNG
BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D . 73
4.1 Giới thiệu chung về plaxis 2D . 73
4.2 Bài toán ví dụ cụ thể . 79
4.2.1 Các yếu tố nghiên cứu . 83
Yếu tố 1: Khảo sát khả năng chịu lực của tường chắn đất theo hai hướng: có
neo và không neo bằng phương pháp cổ điển, phần mềm Sap. 2000 và plaxis 2D . 83
Yếu tố 2: Khảo sát sự biến thiên ứng suất của đất nền, chuyển vị theo phương
ngang Ux và moment uốn M của tường cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi tải
trọng ngoài 92
Yếu tố 3: Khảo sát sự biến thiên ứng suất của đất nền, chuyển vị theo phương
ngang Ux và moment uốn M của tường cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi độ
sâu hố đào H(m). 108
Yếu tố 4: Khảo sát sự biến thiên của chuyển vị ngang Ux và moment uốn M của
tường cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi điều kiện địa chất theo các khu vực
(thay đổi lực dính c và góc ma sát ϕ ) bằng Plaxis 2D. . 113
Yếu tố 5: Khảo sát sự biến thiên chuyển vị ngang Ux và moment M của tường
cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi cao độ mực nước ngầm cho hố đào
H=5.0m, tải trọng ngoài q=5kN/m2. 118
Yếu tố 6: Khảo sát sự biến thiên chuyển vị ngang Ux và moment M của tường
cọc xi măng - đất không neo khi thay đổi đường kính cọc từ d=0.4m đến d=1.2m . 121
Yếu tố 7 : Khảo sát sự biến thiên chuyển vị ngang Ux và moment M của tường
cọc xi măng - đất không neo khi thay đổi hàm lượng ximăng trong đất. 125
Yếu tố 8: Kiểm tra ổn định trượt sâu. 127
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 150