Luận Văn Thạc Sĩ Về Ứng Xử và Ổn Định Cống Ngầm Thoát Nước Ở Đất Sét Mềm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng phân tích ứng xử và khả năng ổn định trong thi công cống ngầm thoát nước ở, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Trần Thái Thanh
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Lê Bá Vinh
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phân Tích Ứng Xử và Ổn Định Cống Ngầm Thoát Nước Trong Khu Vực Đất Sét Mềm
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Phương pháp nghiên cứu
• 0.4. Hạn chế của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỐNG NGẦM VÀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM
• 1.1. Phân loại cống ngầm và phương pháp xây dựng
• 1.1.1. Phân loại cống ngầm
• 1.1.2. Lý luận cơ bản trong thiết kế và thi công công trình ngầm
• 1.1.3. Phương pháp thi công công trình ngầm
• 1.1.3.1. Phương pháp thi công đào hở
• 1.1.3.2. Phương pháp đào kín
• 1.1.3.3. Ứng xử ứng suất – biến dạng xung quanh hầm đào ngang
• 1.1.3.4. Tổng quan về mô hình phân tích
• 1.1.3.5. Điều kiện bài toán và sơ đồ bài toán khối đất đá đồng nhất
• 1.1.3.6. Các phương trình cơ bản
• 1.1.3.7. Nhận xét chương
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH CỐNG NGẦM
• 2.1. Các loại tải trọng tác dụng lên cống
• 2.1.1. Trọng lượng bản thân cống
• 2.1.2. Trọng lượng và áp lực của chất lỏng trong ống
• 2.1.3. Áp lực nước ngầm
• 2.2. Ứng xử ứng suất - biến dạng trong môi trường đàn hồi và đàn hồi dẻo
• 2.2.1. Mô hình khối đất đá đàn hồi
• 2.2.2. Mô hình khối đất đá đàn hồi dẻo
• 2.2.3. Phân tích tương tác của vỏ với khối đất đá bằng ứng dụng các mô hình cơ học
• 2.2.4. Phân tích tương tác của vỏ với khối đất đá như là thành phần cấu tạo của phương pháp tính toán vỏ
• 2.2.5. Đánh giá độ bền của vỏ
• 2.2.6. Nhận xét chương
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ MÔI TRƯỜNG ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH VÀ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TRONG THI CÔNG VÀ SỬ DỤNG CỐNG NGẦM THOÁT NƯỚC Ở KHU VỰC ĐẤT SÉT MỀM CÓ BỀ DÀY LỚN
• 3.1. Giới thiệu dự án và điều kiện địa chất công trình
• 3.1.1. Địa điểm xây dựng dự án
• 3.1.2. Đặc điểm địa hình
• 3.1.3. Quy mô dự án
• 3.2. Ứng xử trong môi trường đất đá và khả năng ổn định của cống trong lớp đất tốt
• 3.2.1. Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi
• 3.2.2. Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi dẻo
• 3.2.3. Áp lực lên vỏ khi cống nằm trong lớp sét cứng
• 3.3. Ứng xử trong môi trường đất và khả năng ổn định của cống trong lớp sét mềm có bề dày lớn được xử lý bằng biện pháp đất trộn xi măng
• 3.3.1. Đánh giá khả năng mất ổn định khi thi công trong lớp sét mềm chưa xử lý
• 3.3.2. Đặc điểm xử lý và chọn lựa đặc trưng tương đương phục vụ tính toán
• 3.3.3. Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi
• 3.3.4. Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi dẻo
• 3.3.5. Áp lực lên vỏ khi cống nằm trên lớp sét mềm xử lý trụ đất xi măng ở độ sâu 17 m
• KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về cống ngầm và phương pháp thi công

Cống ngầm là một loại công trình quan trọng trong hạ tầng đô thị, đặc biệt tại các thành phố lớn như TP. HCM. Chúng được sử dụng chủ yếu để thoát nước và xử lý nước thải, giúp cải thiện môi trường sống và giảm thiểu ô nhiễm. Phương pháp thi công cống ngầm thường được phân loại thành đào hở và đào kín, tùy thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật. Việc lựa chọn phương pháp thi công phù hợp không chỉ ảnh hưởng đến tiến độ công trình mà còn đến sự ổn định của cống trong quá trình sử dụng. Đặc biệt, trong khu vực đất sét mềm, việc thi công cống ngầm cần phải được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

1.1. Phân loại cống ngầm

Cống ngầm có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như công dụng, vật liệu, áp lực chất lỏng, và hình dáng mặt cắt ngang. Mỗi loại cống có những đặc điểm riêng, phù hợp với các điều kiện địa chất khác nhau. Việc phân loại này giúp các kỹ sư lựa chọn được loại cống phù hợp nhất cho từng dự án cụ thể, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả trong quá trình thi công và sử dụng.

II. Phân tích ứng xử và ổn định cống ngầm

Phân tích ứng xử của cống ngầm trong môi trường đất sét mềm là một phần quan trọng trong việc đánh giá khả năng ổn định của công trình. Việc sử dụng các mô hình phân tích và phần mềm tính toán hiện đại cho phép đánh giá chính xác các yếu tố như áp lực đất, chuyển vị và ứng suất trong quá trình thi công. Đặc biệt, cần chú ý đến áp lực nước trong đất, vì nó có thể gây ra những biến động lớn trong quá trình thi công. Việc hiểu rõ ứng xử của cống ngầm trong môi trường đất yếu giúp các kỹ sư đưa ra các giải pháp xử lý nền hiệu quả, như sử dụng trụ đất xi măng để tăng cường độ ổn định.

2.1. Ứng xử trong môi trường đất đá

Ứng xử của cống ngầm trong môi trường đất đá là một yếu tố quyết định đến sự ổn định của công trình. Các yếu tố như độ sâu chôn cống, loại đất và điều kiện thi công đều ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cống. Đặc biệt, trong môi trường đất sét mềm, việc phân tích ứng suất và biến dạng là rất cần thiết để đảm bảo rằng cống có thể chịu được các tải trọng tác động mà không bị hư hỏng.

2.2. Khả năng ổn định của cống trong lớp đất tốt

Khả năng ổn định của cống trong lớp đất tốt được xác định dựa trên các yếu tố như áp lực đất, độ bền của vật liệu và khả năng chịu tải của nền đất. Việc đánh giá này giúp các kỹ sư xác định được các biện pháp cần thiết để tăng cường độ bền cho cống, từ đó đảm bảo an toàn trong quá trình thi công và sử dụng.

III. Kết luận và kiến nghị

Từ những phân tích và đánh giá trên, có thể thấy rằng việc nghiên cứu ứng xử và ổn định của cống ngầm trong khu vực đất sét mềm là rất cần thiết. Đặc biệt, việc sử dụng các biện pháp xử lý nền như trụ đất xi măng có thể giúp cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của cống. Cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện các tiêu chuẩn thiết kế cho các công trình ngầm để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thi công.

3.1. Đề xuất giải pháp xử lý nền

Giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng là một trong những phương pháp hiệu quả để tăng cường độ ổn định cho cống ngầm trong khu vực đất sét mềm. Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện khả năng chịu tải mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công. Cần nghiên cứu thêm về các tiêu chí thiết kế và thi công để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của giải pháp này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tại TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt là khu vực Quận 2, việc xây dựng các công trình ngầm như hệ thống cống thoát nước có đường kính lớn (đường kính trong lên đến 3200 mm) đang ngày càng phát triển nhằm cải thiện hệ thống thoát nước mưa, thu gom và xử lý nước thải, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị. Tuy nhiên, khu vực này có đặc điểm địa chất phức tạp với lớp đất sét mềm có bề dày lớn, gây ra nhiều khó khăn trong thi công và đảm bảo ổn định công trình. Việc thi công cống ngầm sâu hơn 22 m trong điều kiện đất yếu đòi hỏi phải áp dụng các phương pháp thi công phù hợp, trong đó phương pháp đào kín được xem là giải pháp tối ưu nhằm giảm thiểu ảnh hưởng đến các hoạt động trên mặt đất.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích ứng xử cơ học và đánh giá khả năng ổn định của công trình cống ngầm thoát nước có đường kính 3900 mm trong điều kiện đất sét mềm dày, đồng thời đề xuất giải pháp xử lý nền bằng trụ xi măng đất nhằm tăng cường ổn định trong quá trình thi công và sử dụng. Nghiên cứu tập trung vào phân tích ứng suất, biến dạng, chuyển vị đất xung quanh công trình, áp lực tác động lên vỏ cống và ảnh hưởng của áp lực nước ngầm. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực Quận 2, TP. Hồ Chí Minh, với dữ liệu thực tế từ dự án xây dựng tuyến cống dài 8,4 km.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc thiết kế, thi công và vận hành các công trình ngầm trong điều kiện địa chất yếu, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn công trình, đồng thời hỗ trợ phát triển hạ tầng đô thị bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ học đất đá và cơ học kết cấu, trong đó nổi bật là:

• Lý thuyết đàn hồi và đàn hồi dẻo: Áp dụng để mô hình hóa ứng xử cơ học của khối đất đá xung quanh công trình ngầm, bao gồm các phương trình cân bằng ứng suất, phương trình liên tục biến dạng và điều kiện biên. Mô hình đàn hồi dẻo cho phép phân tích sự hình thành vùng biến dạng dẻo quanh hầm đào, đặc biệt quan trọng trong đất sét mềm.

• Mô hình tương tác vỏ – đất: Phân tích sự tương tác giữa vỏ cống bê tông cốt thép và khối đất nền, đánh giá áp lực đất và nước tác động lên vỏ, cũng như chuyển vị và biến dạng của đất nền trong quá trình thi công và vận hành.

• Lý thuyết tải trọng rời và đất đá chịu tải: Hai trường phái lý luận này được sử dụng để đánh giá tải trọng tác động lên công trình ngầm, trong đó lý thuyết tải trọng rời xem đất đá như khối hạt rời gây tải trọng lên kết cấu, còn lý thuyết đất đá chịu tải tập trung vào quá trình biến dạng và khả năng tự ổn định của đất đá.

Các khái niệm chính bao gồm: ứng suất pháp tuyến và tiếp tuyến (σr, σθ), biến dạng tương đối (εr, εθ), áp lực nước ngầm, vùng biến dạng dẻo, áp lực hoạt tải và tĩnh tải đất nền.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp giải tích và phương pháp số để phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng của đất đá xung quanh công trình ngầm. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu địa chất thực tế tại Quận 2, TP. Hồ Chí Minh; thông số kỹ thuật công trình cống ngầm đường kính 3900 mm; các tải trọng tác động bao gồm trọng lượng bản thân cống, áp lực nước ngầm, tải trọng hoạt tải từ giao thông.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Phase2 để mô phỏng và phân tích ứng xử cơ học của đất nền và công trình trong điều kiện thực tế. Phương pháp giải tích được áp dụng để xây dựng các phương trình cơ bản, xác định ứng suất, biến dạng và chuyển vị trong môi trường đàn hồi và đàn hồi dẻo.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2/2020 đến tháng 1/2021, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp xử lý nền.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ tuyến cống dài 8,4 km với các điểm khảo sát đặc trưng về địa chất và điều kiện thi công. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các vị trí có lớp đất sét mềm dày và độ sâu thi công lớn nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phân bố ứng suất và biến dạng trong đất nền: Kết quả mô phỏng cho thấy vùng biến dạng dẻo phát triển quanh công trình ngầm với bán kính khoảng 4,5 đến 5 lần bán kính công trình (tương đương 17-20 m), phù hợp với lý thuyết đàn hồi dẻo. Ứng suất tiếp tuyến lớn nhất xuất hiện tại biên vùng dẻo, có thể gây ứng suất kéo nguy hiểm cho đất nền.

2. Chuyển vị đường viền hầm: Chuyển vị xuyên tâm của đất nền trong quá trình thi công dao động trong khoảng 10-15 mm đối với đất sét mềm chưa xử lý, giảm xuống còn khoảng 5-7 mm khi sử dụng trụ xi măng đất xử lý nền, thể hiện hiệu quả gia cố nền.

3. Áp lực tác động lên vỏ cống: Áp lực tổng hợp từ trọng lượng đất, áp lực nước ngầm và tải trọng hoạt tải lên vỏ cống đạt khoảng 150-200 kPa trong điều kiện chưa xử lý nền, giảm khoảng 30% sau khi xử lý nền bằng trụ xi măng đất. Áp lực nước ngầm phân bố không đều, gây mômen và lực cắt lên kết cấu vỏ.

4. So sánh phương pháp thi công: Phương pháp đào kín kết hợp kích đẩy (Pipe Jacking) được đánh giá là phù hợp nhất với điều kiện địa chất yếu, giúp giảm thiểu biến dạng đất và ảnh hưởng đến các công trình lân cận so với phương pháp đào hở.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các biến dạng lớn và áp lực cao là do đặc tính mềm yếu, bão hòa nước của lớp đất sét dày, làm giảm khả năng chịu tải và tăng nguy cơ mất ổn định trong quá trình thi công. Việc sử dụng trụ xi măng đất làm tăng cường độ và độ cứng của nền, hạn chế chuyển vị và áp lực lên vỏ cống, đồng thời giảm thiểu rủi ro sụt lún và hư hỏng công trình.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với các mô hình đàn hồi dẻo và các báo cáo thực tế tại các đô thị có địa chất tương tự. Việc mô phỏng chi tiết bằng phần mềm Phase2 giúp đánh giá chính xác hơn các yếu tố ảnh hưởng và hỗ trợ thiết kế kỹ thuật.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố ứng suất theo bán kính, biểu đồ chuyển vị theo thời gian thi công, bảng so sánh áp lực lên vỏ cống trước và sau xử lý nền, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng xử lý nền bằng trụ xi măng đất: Thực hiện gia cố nền tại các vị trí có lớp đất sét mềm dày trước khi thi công cống ngầm, nhằm giảm chuyển vị đất nền xuống dưới 7 mm và giảm áp lực lên vỏ cống ít nhất 30%. Thời gian thực hiện gia cố nên được lên kế hoạch trước thi công ít nhất 3 tháng. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và đơn vị tư vấn địa kỹ thuật.

2. Ưu tiên phương pháp thi công đào kín kết hợp kích đẩy: Sử dụng phương pháp này để hạn chế ảnh hưởng đến bề mặt và các công trình lân cận, đồng thời kiểm soát tốt hơn biến dạng đất nền. Thời gian áp dụng trong toàn bộ giai đoạn thi công tuyến cống. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công.

3. Giám sát chặt chẽ chuyển vị và áp lực trong quá trình thi công: Lắp đặt hệ thống quan trắc chuyển vị và áp lực nước ngầm để theo dõi biến động thực tế, kịp thời điều chỉnh biện pháp thi công khi phát hiện bất thường. Chủ thể thực hiện: đơn vị tư vấn giám sát, chủ đầu tư.

4. Xây dựng tiêu chuẩn và hướng dẫn thiết kế công trình ngầm trong đất yếu: Căn cứ kết quả nghiên cứu, đề xuất các tiêu chí kỹ thuật cụ thể về tính toán ứng suất, biến dạng, áp lực và xử lý nền cho các công trình ngầm tại TP. Hồ Chí Minh và các khu vực có điều kiện địa chất tương tự. Chủ thể thực hiện: cơ quan quản lý xây dựng và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và nhà thiết kế công trình ngầm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để thiết kế kết cấu cống ngầm phù hợp với điều kiện đất yếu, giúp tối ưu hóa chi phí và đảm bảo an toàn công trình.

2. Nhà thầu thi công công trình ngầm: Tham khảo các phương pháp thi công đào kín, xử lý nền bằng trụ xi măng đất và các biện pháp kiểm soát biến dạng đất trong quá trình thi công thực tế.

3. Chuyên gia địa kỹ thuật và tư vấn giám sát: Sử dụng kết quả phân tích ứng suất, biến dạng và áp lực để đánh giá ổn định công trình, lập kế hoạch giám sát và xử lý sự cố kịp thời.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách xây dựng đô thị: Áp dụng các tiêu chuẩn và khuyến nghị từ nghiên cứu để xây dựng quy định, hướng dẫn kỹ thuật cho các dự án công trình ngầm trong điều kiện địa chất phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải xử lý nền bằng trụ xi măng đất khi thi công cống ngầm?
   Xử lý nền bằng trụ xi măng đất giúp tăng cường độ và độ cứng của đất sét mềm, giảm chuyển vị và áp lực lên vỏ cống, từ đó đảm bảo ổn định công trình và giảm nguy cơ sụt lún. Ví dụ, chuyển vị giảm từ 15 mm xuống còn 7 mm sau xử lý.

2. Phương pháp đào kín có ưu điểm gì so với đào hở?
   Đào kín giảm thiểu khối lượng đào đắp, hạn chế ảnh hưởng đến bề mặt và các công trình lân cận, phù hợp với điều kiện đô thị đông dân và đất yếu. Đây là phương pháp được áp dụng phổ biến tại TP. Hồ Chí Minh cho các công trình cống ngầm lớn.

3. Áp lực nước ngầm ảnh hưởng như thế nào đến công trình cống?
   Áp lực nước ngầm tạo ra lực phân bố không đều lên vỏ cống, gây mômen và lực cắt, làm tăng nguy cơ phá hoại kết cấu nếu không được tính toán và thiết kế đúng mức. Việc xử lý nền và thiết kế vỏ cống phải tính đến áp lực này.

4. Làm thế nào để giám sát ổn định công trình trong quá trình thi công?
   Lắp đặt hệ thống quan trắc chuyển vị đất, áp lực nước ngầm và ứng suất vỏ cống để theo dõi biến động thực tế, từ đó điều chỉnh biện pháp thi công kịp thời, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Có, các kết quả và phương pháp phân tích có thể áp dụng cho các khu vực có điều kiện địa chất tương tự như đất sét mềm dày, đặc biệt trong các đô thị lớn có nhu cầu xây dựng công trình ngầm sâu.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích chi tiết ứng xử cơ học và khả năng ổn định của công trình cống ngầm đường kính 3900 mm trong điều kiện đất sét mềm dày tại Quận 2, TP. Hồ Chí Minh.
• Kết quả mô phỏng ứng suất, biến dạng và áp lực cho thấy sự cần thiết của việc xử lý nền bằng trụ xi măng đất để đảm bảo ổn định công trình.
• Phương pháp thi công đào kín kết hợp kích đẩy được đánh giá là phù hợp nhất với điều kiện địa chất và yêu cầu đô thị.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và khuyến nghị xây dựng tiêu chuẩn thiết kế, thi công công trình ngầm trong đất yếu.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng giải pháp xử lý nền trong dự án thực tế, giám sát chặt chẽ và hoàn thiện các hướng dẫn kỹ thuật cho công trình ngầm tại TP. Hồ Chí Minh.

Hành động khuyến nghị: Các đơn vị liên quan cần phối hợp triển khai áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả và an toàn thi công công trình ngầm trong điều kiện địa chất phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU .Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Hạn chế của đề tài.

TỔNG QUAN VỀ CỐNG NGẦM VÀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM. Phân loại cống ngầm và phương pháp xây dựng. Phân loại cống ngầm. Lý luận cơ bản trong thiết kế và thi công công trình ngầm.

Phương pháp thi công công trình ngầm. Phương pháp thi công đào hở. Phương pháp đào kín. Ứng xử ứng suất – biến dạng xung quanh hầm đào ngang.

Tổng quan về mô hình phân tích. Điều kiện bài toán và sơ đồ bài toán khối đất đá đồng nhất. Các phương trình cơ bản. Nhận xét chương.

CƠ SỞ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH CỐNG NGẦM. Các loại tải trọng tác dụng lên cống. Trọng lượng bản thân cống. Trọng lượng và áp lực của chất lỏng trong ống.

Áp lực nước ngầm. Ứng xử ứng suất -biến dạng trong môi trường đàn hồi và đàn hồi dẻo. Mô hình khối đất đá đàn hồi. Mô hình khối đất đá đàn hồi dẻo.

Phân tích tương tác của vỏ với khối đất đá bằng ứng dụng các mô hình cơ học. Phân tích tương tác của vỏ với khối đất đá như là thành phần cấu tạo của phương pháp tính toán vỏ. Đánh giá độ bền của vỏ. Nhận xét chương.

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ MÔI TRƯỜNG ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH VÀ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TRONG THI CÔNG VÀ SỬ DỤNG CỐNG NGẦM THOÁT NƯỚC Ở KHU VỰC ĐẤT SÉT MỀM CÓ BỀ DÀY LỚN. Giới thiệu dự án và điều kiện địa chất công trình. Địa điểm xây dựng dự án. Đặc điểm địa hình.

Quy mô dự án. Ứng xử trong môi trường đất đá và khả năng ổn định của cống trong lớp đất tốt. Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi. Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi dẻo.

Áp lực lên vỏ khi cống nằm trong lớp sét cứng. Ứng xử trong môi trường đất và khả năng ổn định của cống trong lớp sét mềm có bề dày lớn được xử lý bằng biện pháp đất trộn xi măng. Đánh giá khả năng mất ổn định khi thi công trong lớp sét mềm chưa xử lý. Đặc điểm xử lý và chọn lựa đặc trưng tương đương phục vụ tính toán.

Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi. Chuyển vị đường viền trong quá trình khoan đào trong môi trường đàn hồi dẻo. Áp lực lên vỏ khi cống nằm trên lớp sét mềm xử lý trụ đất xi măng ở độ sâu 17 m. 73 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ.

76 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 79 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Thi công và tái lập mặt bằng trong thi công cống ngầm theo phương pháp đào hở tại TP.2 Thi công công trình cống ngầm theo phương pháp đào kín tại TP.3 Sơ đồ thi công hầm theo phương pháp NATM .4 Thi công trong khối đá bở rời, sử dụng ván thép tạo ô bảo vệ .5 Sơ đồ thi công đào bằng khiên.6 Thi công kích ống 3200mm (Dự án vệ sinh môi trường giai đoạn 1) .7 Một số dạng mặt cắt công trình ngầm, cấu trúc khối đất đá .8 Phân bố ứng suất xung quanh đường hầm trong khối đất đá đàn hồi .9 Sơ đồ vùng biến dạng dẻo và phân bố ứng suất quanh hầm (a); .10 Mô hình phân tích quá trình biến đổi cơ học trong khối đất đá xung quanh công trình ngầm tiết diện tròn .11 Các thành phần ứng suất và dịch chuyển tại phân tố thể tích dV .1 Áp lực địa tầng do hoạt tải xe và tĩnh tải đất nền tác dụng .2 Áp lực nước trong cống a) Phân bố áp lực trong cống không áp; b) Phân bố áp lực trong cống có áp .3 Biểu đồ áp lực nước ngầm: (a) Thành phần phân bố đều, (b) Thành phần phân bố không đều .4 Phân bố tải trọng động.5 Ứng suất lan tỏa của đất dưới tác dụng của tải trọng động .6 Áp lực ngang của đất ở chiều sâu H và bán kính ảnh hưởng R dưới tác dụng của tải trọng tập trung W theo lý thuyết Boussinesq .7 Quy luật phân bố các thành phần ứng suất trong môi trường đất dá xung quanh hầm đào .8 Mô hình cơ học khối đất đá đàn hồi dẻo xung quanh hầm tròn đào ngang .9 Trạng thái ứng suất – biến dạng của khối đất đá trong điều kiện hình thành vùng biến dạng dẻo.10 Biểu đồ biểu thị tương tác của vỏ với khối đất đá .11 Biểu đồ ứng suất – biến dạng khối đất Lyberman .12 Phân bố ứng suất trong môi trường giòn lý tưởng .13 Đường bao ứng suất .14 Tổng quát ba vùng ứng suất xung quanh đường hầm .15 (a) Sơ đồ xác định sức kháng của vỏ với chuyển vị đất đá (b) biểu đồ sức kháng vỏ.16 Sơ đồ phân tích tương tác của vỏ và đất đá (1) biểu đồ trạng thái cân bằng, (2) biểu đồ sức kháng của vỏ .1 Mặt cắt địa chất điển hình khu vực công trình .2 Lộ trình kích tuyến ống 3900mm dài 8,4km từ sông Sài Gòn về phường Thạnh Mỹ Lợi, Quận 2 TP.3 Mặt bằng tuyến ống 3900mm .4 Trắc dọc tuyến ống 3900mm .5 Giếng đứng và thiết bị kích .6 Quá trình kích cống trong giếng đứng .7 Sơ đồ vị trí hầm tròn bố trí trong lớp sét cứng .8 Mô hình mô phỏng tính toán hầm tròn đào ngang trong lớp sét cứng.9 Phạm vi vùng biến dạng dẻo trong môi trường sét cứng trong quá trình khoan đào trong lớp sét cứng .10 Chuyển vị trong đất nền khi khoan đào trong lớp sét cứng.11 Biến dạng dẻo trong môi trường sét cứng sau khi lắp vỏ chống .12 Chuyển vị trong môi trường sét cứng sau khi lắp vỏ chống.13 Biến dạng khi cống trong lớp sét cứng chịu áp lực cột nước khi vận hành.14 Ứng suất theo phương đứng khi cống trong lớp sét cứng chịu áp lực nước khi vận hành .15 Tổng chuyển vị và phạm vi vùng biến dạng dẻo trong môi trường sét mềm xung quanh hầm tròn đào khi không chống.16 Tổng chuyển vị và phạm vi vùng biến dạng dẻo trong môi trường sét mềm sau khi lắp vỏ chống.17 Sơ đồ bố trí trụ đất xi măng ở đoạn cống đi qua đất yếu ở độ sâu .18 Phạm vi vùng biến dạng dẻo trong nền sét mềm xử lý bằng trụ đất xi măng trong quá trình khoan đào .19 Chuyển vị trong nền sét mềm xử lý bằng trụ đấtxi măng trong quá trình khoan đào .20 Chuyển vị trong nền sét mềm xử lý bằng trụ đất xi măng sau khi lắp vỏ chống.21 Áp lực theo phương đứng xung quanh vỏ trong nền sét mềm xử lý bằng trụ đất xi măng sau khi lắp vỏ chống .22 Ứng suất theo phương đứng khi cống trong lớp sét mềm xử lý trụ đất xi măng chịu áp lực nước khi vận hành.Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài Số lượng công trình ngầm đang triển khai ở khu vực TP. HCM ngày càng nhiều cả về số lượng lẫn tầm vóc công trình. Hệ thống thu gom và xử lý nước thải chủ yếu được xây dựng ngầm với mục đích cải tạo hệ thống thoát nước mưa, thu gom và xử lý nước thải nhằm khôi phục cải tạo hệ thống kênh, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong khu vực, nâng cao chất lượng đời sống nhân dân đô thị.

Với mục đích cải tạo hệ thống thoát nước mưa khu vực Quận 2 nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nguồn nước thải ra sông Sài Gòn bao gồm hệ thống thu gom và xử lý nước thải kết nối với hệ thống đã có, dự án gồm các hạng mục như: xây dựng mới hệ thống thoát nước thải khu vực Quận 2, xây dựng tuyến cống bao từ giếng bờ Đông sông Sài Gòn về phường Thạnh Mỹ Lợi, Quận 2 và nhà máy xử lý nước thải. Trong đó, hệ thống cống thu gom nước thải được thi công sâu trong lòng đất có những vị trí sâu hơn 22 m với đường kính trong từ 3200 mm. Ở đây, biện pháp thi công đào kín là một trong những chọn lựa hợp lý nhằm giảm thiểu khối lượng đào đắp và ảnh hưởng đến các hoạt động khác trên bề mặt. Việc tính toán phân tích và đánh giá khả năng ổn định kết cấu công trình cống chôn sâu phù hợp với điều kiện môi trường địa chất, điều kiện thi công và sử dụng đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai dự án, có giá trị thực tiễn và khoa học.

Do cấu tạo địa chất đặc thù, phần lớn khu vực địa bàn TP.HCM như ở Quận 2-là nơi có lớp đất yếu có bề dày đáng kể nên việc xây dựng các công trình nói chung và công trình ngầm nói riêng gặp nhiều khó khăn. Ngoài ra, trong thực tế, các tiêu chí tính toán đánh giá trong thiết kế các loại hình công trình ngầm chưa được nêu chi tiết và rõ ràng hoặc chưa có tiêu chuẩn hay chỉ dẫn cụ thể. Thông qua việc tính toán phân tích và đánh giá khả năng ổn định của công trình khoan đào kết hợp kích đẩy, nội dung luận văn còn cố gắng đánh giá và thể hiện các tiêu chí về khả năng ổn định của các loại hình công trình này. Ở đây, căn cứ vào mức độ chuyển vị của đường viền hầm tròn, tiến hành đánh giá khả năng tiếp xúc của đất lên vỏ và áp lực lên vỏ, ảnh hưởng của áp lực nước trong vỏ lên khả năng hình thành ứng suất kéo trong vỏ bằng vật liệu bê tông.

Các yếu tố -2- này thể hiện tính thực tiễn trong tính toán thiết kế công trình ngầm, là loại hình công trình chưa phổ biến nhiều ở nước ta và chưa có các chỉ dẫn trong tính toán thiết kế. Đối với công trình cống thoát nước cấp 1 có kích cỡ lớn (đường kính trong 3200mm), việc thi công trong lớp đất yếu gặp nhiều khó khăn do có khả năng chuyển vị lớn của đầu khoan khi thi công bằng phương pháp khiên đào. Do đó, để đảm bảo điều kiện thi công, đất nền cần thiết phải được xử lý. Đề tài “Phân tích ứng xử và khả năng ổn định trong thi công cống ngầm thoát nước ở khu vực đất sét mềm có bề dày lớn” được đặt ra nhằm nghiên cứu, đánh giá giải pháp xử lý nền bằng trụ xi măng đất phục vụ thi công công trình.

Mục tiêu nghiên cứu Phân tích tổng hợp và đánh giá các giá trị áp lực đất lên công trình ngầm có xét đến điều kiện môi trường địa chất, điều kiện thi công, độ sâu chôn công trình.