Nghiên cứu xử lý nền đất yếu dưới nền đường đắp cao bằng trụ đất trộn xi măng tại cầu Bình Thủy 2 Cần Thơ

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về đất yếu và giải pháp xử lý bằng trụ đất trộn xi măng (CDM)

1.1. Tổng quan về đất yếu. Nguồn gốc địa chất

1.2. Sự phân bố và tính chất của các vùng đất yếu ở Việt Nam

1.2.1. Đồng bằng Bắc Bộ

1.2.2. Đồng bằng Thanh - Nghệ Tĩnh

1.2.3. Đồng bằng ven biển Trung Bộ

1.2.4. Đồng bằng Nam Bộ

1.3. Các loại đất yếu thường gặp và đặc điểm của chúng

1.3.1. Đất sét mềm

1.3.2. Các loại đất yếu khác

1.4. Tổng quan về giải pháp xử lý đất yếu bằng trụ đất trộn xi măng

1.4.1. Sơ lược về lịch sử phát triển

1.4.1.1. Trên thế giới

1.4.1.2. Tại Việt Nam

1.4.2. Các kiểu bố trí trụ đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu

1.4.3. Phạm vi ứng dụng

1.4.4. Công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng

1.4.4.1. Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing - DJM)

1.4.4.2. Công nghệ trộn ướt (Wet Jet Mixing - WJM)

2. CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất trộn xi măng (CDM)

2.1. Nguyên lý hình thành cường độ trụ đất trộn xi măng

2.2. Các phương pháp tính toán trụ đất trộn xi măng. Phương pháp tính toán theo Quy trình Việt Nam

2.3. Phương pháp tính toán theo Quy trình Trung Quốc

2.4. Sức chịu tải của khối gia cố

2.5. Độ lún của nền đất gia cố

2.6. Phương pháp tính toán theo Quy trình Nhật Bản

2.6.1. Khả năng chịu tải của nền gia cường

2.6.2. Sức chịu tải của trụ đất trộn xi măng theo vật liệu

2.6.3. Sức chịu tải của trụ đất trộn xi măng theo đất nền

2.6.4. Tính độ lún của nền đất gia cố

2.7. Phương pháp tính toán theo Quy trình Thụy Điển. Khả năng chịu tải của trụ đơn

2.8. Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ đất trộn xi măng

3. CHƯƠNG 3: Xác định các thông số đất trộn xi măng từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường

3.1. Số liệu địa chất công trình

3.2. Số liệu thủy văn

3.3. Thí nghiệm nén một trục nở hông (ASTM D 2166)

3.3.1. Mẫu đất trộn xi măng trong phòng thí nghiệm

3.3.2. Mẫu khoan từ trụ thử tại hiện trường

3.3.3. Kết quả thí nghiệm nén một trục nở hông

3.3.3.1. Đối với mẫu trộn trong phòng thí nghiệm

3.3.3.2. Đối với mẫu lấy từ trụ thử hiện trường

3.3.3.3. Đối với mẫu lấy từ trụ thi công đại trà 28 ngày tuổi

3.4. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (22TCN 355-2006)

3.4.1. Các thông số kỹ thuật của thiết bị cắt cánh

3.4.2. Quy trình vận hành thiết bị

3.4.3. Kết quả thí nghiệm

3.5. Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

3.5.1. Đặc tính thiết bị

3.5.2. Xử lý kết quả

3.5.3. Kết quả thí nghiệm

3.6. Thí nghiệm nén tĩnh trụ đơn tại hiện trường

3.6.1. Kết quả thí nghiệm

3.7. Thí nghiệm nén tĩnh nhóm trụ tại hiện trường

3.7.1. Mục đích thí nghiệm

3.7.2. Thiết bị thí nghiệm

3.7.3. Trình tự thí nghiệm

3.7.4. Kết quả thí nghiệm

3.8. Các thông số đất trộn xi măng ứng dụng trong mô phỏng bằng Plaxis 2D

4. CHƯƠNG 4: Phân tích ổn định nền đường vào cầu Bình Thủy 2 - Cần Thơ bằng giải pháp CDM

4.1. Giới thiệu chung về dự án

4.2. Đoạn có chiều cao nền đắp từ 5,0÷5,50m

4.3. Đoạn có chiều cao nền đắp từ 3,0÷5,0m

4.4. Đoạn có chiều cao nền đắp từ 2,0÷3,0m

4.5. Trình tự thi công

4.6. Tải trọng tính toán

4.7. Phân tích ổn định nền đường đắp trên đất yếu ở điều kiện tự nhiên bằng phần mềm Plaxis 2D

4.8. Phân tích ổn định nền đường đắp trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất trộn xi măng

4.8.1. Nền đường đắp cao 5,50m

4.8.2. Tính toán trụ đất trộn xi măng bằng phương pháp giải tích cho nền đường đắp cao 5,5m

4.8.3. Phân tích ổn định nền đường đắp cao 5,5m bằng phần mềm Plaxis 2D

4.8.4. Phân tích ổn định nền đường đắp cao 5m bằng phần mềm Plaxis 2D

4.8.5. Phân tích ổn định nền đường đắp cao 3m bằng phần mềm Plaxis 2D

4.8.6. Phương án gia cố trụ đất trộn xi măng do tác giả kiến nghị đối với nền đường đắp cao 5m

4.8.7. So sánh hai phương án có hoặc không có trải vải địa kỹ thuật

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. Tổng quan về đất yếu và giải pháp xử lý bằng trụ đất trộn xi măng CDM

Nghiên cứu xử lý nền đất yếu dưới nền đường đắp cao bằng trụ đất trộn xi măng tại cầu Bình Thủy 2 Cần Thơ tập trung vào việc phân tích các đặc tính của đất yếu và các giải pháp xử lý hiện có. Đất yếu, đặc biệt là ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, thường có tính chất cơ lý kém, dễ gây lún và mất ổn định cho các công trình xây dựng. Trụ đất trộn xi măng (CDM) được xem là một giải pháp hiệu quả để gia cố nền đất yếu, đặc biệt là trong các công trình đường đắp cao. Phương pháp này không chỉ cải thiện độ bền của nền đất mà còn giảm thiểu nguy cơ lún và tăng khả năng chịu tải. Nghiên cứu cũng đề cập đến các công nghệ thi công CDM, bao gồm cả trộn khô và trộn ướt, cùng với các ưu nhược điểm của từng phương pháp.

1.1. Đặc điểm đất yếu tại đồng bằng sông Cửu Long

Đất yếu tại đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu là bùn sét và đất sét mềm, có độ ẩm cao và khả năng chịu tải thấp. Các đặc tính này khiến việc xây dựng các công trình giao thông, đặc biệt là đường đắp cao, gặp nhiều thách thức. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng trụ đất trộn xi măng có thể cải thiện đáng kể các chỉ tiêu cơ lý của nền đất, giảm thiểu nguy cơ lún và tăng độ ổn định cho công trình.

1.2. Công nghệ trụ đất trộn xi măng CDM

Công nghệ CDM bao gồm hai phương pháp chính: trộn khô và trộn ướt. Phương pháp trộn khô sử dụng xi măng dạng bột, trong khi trộn ướt sử dụng xi măng dạng lỏng. Nghiên cứu đã so sánh hiệu quả của hai phương pháp này, chỉ ra rằng trộn khô thích hợp hơn cho các công trình có yêu cầu cao về độ bền và khả năng chịu tải, trong khi trộn ướt phù hợp với các công trình có yêu cầu thi công nhanh chóng.

II. Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất trộn xi măng CDM

Nghiên cứu đã trình bày các phương pháp tính toán cơ bản cho trụ đất trộn xi măng, bao gồm các quy trình tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản và Thụy Điển. Các phương pháp này tập trung vào việc xác định sức chịu tải của trụ, độ lún của nền đất gia cố và khả năng chịu tải của nhóm trụ. Nghiên cứu cũng đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của CDM, bao gồm hàm lượng xi măng, thời gian bảo dưỡng và phương pháp thi công.

2.1. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam

Theo tiêu chuẩn Việt Nam, trụ đất trộn xi măng được tính toán dựa trên các chỉ tiêu cơ lý của đất và xi măng. Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp phân tích để xác định sức chịu tải và độ lún của nền đất gia cố, từ đó đưa ra các khuyến nghị về thiết kế và thi công.

2.2. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Nhật Bản

Tiêu chuẩn Nhật Bản tập trung vào việc xác định khả năng chịu tải của trụ đất trộn xi măng dựa trên các thí nghiệm hiện trường và trong phòng. Nghiên cứu đã áp dụng các phương pháp này để đánh giá hiệu quả của CDM trong việc gia cố nền đất yếu tại cầu Bình Thủy 2.

III. Xác định các thông số đất trộn xi măng từ kết quả thí nghiệm

Nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng và hiện trường để xác định các thông số cơ lý của đất trộn xi măng. Các thí nghiệm bao gồm nén một trục, cắt cánh và xuyên tĩnh, nhằm đánh giá cường độ nén, mô đun biến dạng và khả năng chịu tải của mẫu đất trộn xi măng. Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ nén của mẫu đất trộn xi măng tăng theo thời gian bảo dưỡng và tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng sử dụng.

3.1. Thí nghiệm nén một trục

Thí nghiệm nén một trục được thực hiện để xác định cường độ nén của đất trộn xi măng. Kết quả cho thấy cường độ nén tăng đáng kể sau 28 ngày bảo dưỡng, với mối quan hệ gần như tuyến tính giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén.

3.2. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường được sử dụng để đánh giá khả năng chịu tải của trụ đất trộn xi măng. Kết quả thí nghiệm cho thấy sức kháng cắt của đất trộn xi măng tăng lên đáng kể so với đất nguyên trạng, chứng minh hiệu quả của phương pháp CDM.

IV. Phân tích ổn định nền đường vào cầu Bình Thủy 2 bằng giải pháp CDM

Nghiên cứu đã sử dụng phần mềm Plaxis2D để phân tích ổn định nền đường đắp cao tại cầu Bình Thủy 2. Kết quả phân tích cho thấy việc sử dụng trụ đất trộn xi măng giúp giảm đáng kể độ lún và tăng độ ổn định của nền đường. Nghiên cứu cũng đề xuất các phương án gia cố tối ưu, bao gồm việc bố trí lại trụ đất trộn xi măng và sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng hiệu quả xử lý.

4.1. Phân tích ổn định nền đường đắp cao 5 5m

Phân tích ổn định nền đường đắp cao 5,5m cho thấy việc sử dụng trụ đất trộn xi măng giúp giảm độ lún và tăng hệ số ổn định của nền đường. Kết quả phân tích cũng chỉ ra rằng độ lún còn lại sau khi đưa vào khai thác là rất nhỏ, chứng tỏ hiệu quả của phương pháp CDM.

4.2. Phương án gia cố tối ưu

Nghiên cứu đề xuất phương án gia cố tối ưu bằng cách bố trí lại trụ đất trộn xi măng và sử dụng vải địa kỹ thuật. Phương án này không chỉ giảm thiểu độ lún mà còn tăng cường độ ổn định của nền đường, đảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình khai thác.

Nghiên Cứu Xử Lý Nền Đất Yếu Dưới Nền Đường Đắp Cao Bằng Trụ Đất Trộn Xi Măng Tại Cầu Bình Thủy 2 Cần Thơ