Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng phân tích xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng

Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng phân tích xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng, ứng dụng hiệu quả trong công trình.

• Tác giả: Ngô Thị Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: PGS. Châu Ngọc Ấn
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Phân tích xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng

Phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng là một giải pháp hiệu quả trong xây dựng địa kỹ thuật, đặc biệt khi xử lý các nền đất yếu. Phương pháp này không yêu cầu gia tải trước và thời gian chờ lún, giúp đẩy nhanh tiến độ thi công. Cọc xi măng đất được tạo ra bằng cách trộn xi măng với đất yếu, tạo thành cột gia cố có khả năng chịu tải tốt. Đệm đất xi măng đóng vai trò phân bố tải trọng và giảm chênh lệch lún giữa cọc và đất nền. Phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi tại các nước như Thụy Điển, Phần Lan, và Nhật Bản, nhưng vẫn cần nghiên cứu sâu hơn để áp dụng hiệu quả tại Việt Nam.

1.1. Ưu điểm của phương pháp

Phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Đầu tiên, nó giúp tăng cường độ chịu tải và ổn định của nền đất yếu. Thứ hai, phương pháp này không yêu cầu gia tải trước, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thi công. Thứ ba, đệm đất xi măng giúp phân bố tải trọng đồng đều, giảm thiểu chênh lệch lún giữa cọc và đất nền. Cuối cùng, phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại công trình như đường giao thông, cảng biển, và các công trình đắp cao.

1.2. Ứng dụng thực tế

Phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng đã được áp dụng thành công tại nhiều công trình lớn. Một ví dụ điển hình là dự án cảng quốc tế SP PSA tại khu vực Cái Mép - Thị Vải, nơi có lớp đất yếu dày đến 20m. Phương pháp này đã giúp gia cố nền bãi chứa container một cách hiệu quả, đảm bảo khả năng chịu tải và độ ổn định của công trình. Kết quả từ các mô phỏng bằng phần mềm Plaxis và quan trắc thực tế cho thấy sự phù hợp cao, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong điều kiện địa chất phức tạp.

II. Lý thuyết và phương pháp tính toán

Phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật địa chất và công nghệ cọc. Các tính toán liên quan đến cường độ chịu tải, độ lún, và sự phân bố ứng suất được thực hiện thông qua các mô hình toán học và phần mềm mô phỏng như Plaxis. Phương pháp AliCC (Arch action Low improvement ratio Cement Column) được sử dụng để tính toán hiệu quả của cọc xi măng đất trong việc gia cố nền đất yếu. Các thông số vật liệu như độ cứng, hệ số thấm, và cường độ chịu kéo được xác định thông qua thí nghiệm trong phòng và hiện trường.

2.1. Tính toán cường độ cọc xi măng đất

Cường độ của cọc xi măng đất được xác định dựa trên các thí nghiệm nén không nở hông và thí nghiệm ba trục. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bao gồm tỷ lệ xi măng, loại đất, và quá trình thi công. Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ của cọc tăng theo thời gian do các phản ứng pozzolanic. Cường độ thiết kế thường được dựa trên cường độ 28 ngày của hỗn hợp trộn. Các tính toán này được sử dụng để đảm bảo khả năng chịu tải và độ ổn định của cọc trong điều kiện tải trọng thực tế.

2.2. Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis

Phần mềm Plaxis được sử dụng để mô phỏng và phân tích hiệu quả của phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng. Các mô hình được xây dựng dựa trên các thông số địa chất và tải trọng thực tế. Kết quả mô phỏng bao gồm sự phân bố ứng suất, độ lún, và chuyển vị ngang của nền đất. Các kết quả này được so sánh với dữ liệu quan trắc thực tế để kiểm chứng độ chính xác của mô hình. Phương pháp này giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo hiệu quả của giải pháp gia cố nền.

III. Phân tích kết quả và ứng dụng thực tế

Kết quả từ các tính toán và mô phỏng cho thấy phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng mang lại hiệu quả cao trong việc gia cố nền đất yếu. Các thông số như cường độ chịu tải, độ lún, và chuyển vị ngang được cải thiện đáng kể. Phương pháp này đã được áp dụng thành công tại dự án cảng quốc tế SP PSA, nơi có điều kiện địa chất phức tạp. Kết quả quan trắc thực tế cho thấy sự phù hợp cao với các dự đoán từ mô phỏng, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong thực tế.

3.1. Hiệu quả gia cố nền đất yếu

Phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng đã chứng minh hiệu quả cao trong việc gia cố nền đất yếu. Các kết quả từ mô phỏng và quan trắc thực tế cho thấy sự cải thiện đáng kể về cường độ chịu tải và độ ổn định của nền đất. Đặc biệt, phương pháp này giúp giảm thiểu chênh lệch lún giữa cọc và đất nền, đảm bảo an toàn và tuổi thọ của công trình. Các thông số như hệ số thấm và độ cứng của cọc cũng được cải thiện, giúp tăng cường khả năng chịu tải của nền đất.

3.2. Ứng dụng tại dự án cảng quốc tế SP PSA

Dự án cảng quốc tế SP PSA tại khu vực Cái Mép - Thị Vải là một ví dụ điển hình về ứng dụng thành công của phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất kết hợp đệm đất xi măng. Với lớp đất yếu dày đến 20m, phương pháp này đã giúp gia cố nền bãi chứa container một cách hiệu quả. Kết quả từ các mô phỏng và quan trắc thực tế cho thấy sự phù hợp cao, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong điều kiện địa chất phức tạp. Dự án này cũng là cơ sở để áp dụng rộng rãi phương pháp này tại các công trình tương tự ở Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TONG QUAN VE PHƯƠNG PHAP SỬ DUNG COC DAT XI MANG GIA CO CHO CONG TRINH DAP TREN NEN DAT YEU. Coc đất trộn xi NANG. Một số sự cỗ công trình được khắc phục băng cách sử dụng cọc đất xi mang6 1.

Thông số vật liệu của đất yếu gia cố băng cọc đất xi măng. Tập trung Ứng Suất. Hiệu Ứng VỒm. Tong quan về phương pháp AliCC wo.

LY THUYET TÍNH TOÁN COC DAT XI MĂNG. Phuong phap AliCC (Arch action Low improvement ratio Cement Column): DMM (Deep Mixing Method) và lớp phủ xi măng bê mặt. Tính toán bể dày và cường độ lớp phủ xi măng. Tính toán cường độ của cọc CHDÌM.

Xác định chiều sâu đóng cọc CDM. Sử dụng phương pháp phan tử hữu han trong phần mềm Plaxis đánh giá hiệu quả của việc sử dụng phương pháp A HICC. Tổng quan về phương pháp Phan tử hữu hạn trong Plaxis. MO hinh at 0.

TINH TOÁN CHO CONG TRINH THUC TẼ. Giới thiệu dự án. Tống quan dự án. Điều kiện địa chất, địa hình, thuỷ hải văn.

Số liệu quan tTẶC. Thiết kế xử lý nên. Tính toán ứng suất xuyên thủng. Tính toán ứng suất gây UON cece csesesesssesesesesssssesesesssssesesseesees 62 3.

Tính toán ứng suất th ng đứng tác dụng lên đầu cọc CDM. Tính toán vị trí điểm ngàm giả định và khả năng kháng uốn của cọc CDM 64 3. Tính toán chiêu sâu đóng cọc CDM. Tiêu chuẩn k_ thuật của AliCC.

Kết quả tính toán và mô phỏng,. PHAN TÍCH KET QUẢ.- 5-66 sESEE2ESE£EESEsEeESE+EEeEseseseree 88 “SẺ 00s 2. Hệ số thấm COC. Anh hưởng tính nén của lớp bùn sót.

Ảnh hưởng của lớp đất dưới mũi €ỌC. Hệ số suy giảm ứng suất theo thời gian. Lựa chon mô hình mồ phỏng. - --- -- - - << 5 5 1300111 9 3 1 ng 98 KET LUẬN VA KIEN NGHỊ,.

SG G11 11121111 9111111119 111011 Tung ri 99 II.111 grkg 99 TÀI LIEU THAM KHẢO. 5 102 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Thi công cọc đất trộn xi 00500707 -5Ầ.2: Hình anh cọc đất xi măng. ------ - + 252222 EE£E£E2EEEEEEEEErErErrrrkred 4 Hình 1.3: Hình anh cọc đất xi măng (().3: Hình ảnh cọc đất xi măng (2).------ - + 2+2 +E+E+EEEEE£E£E2EEEEEEEEEErErkrrrkred 5 Hình 1.4: Vết nứt lớn dọc theo mặt đê Trà Liinh.- ¿+ 5xx SE £eEsesesxei 6 Hình 1.5: Một số đoạn trên thân đập hồ chứa nước Khe Ngang bị nứt. 90)11:8:°4;Ÿa4IẮI4IẮÍIÍIAiiiiiiiaẳdẳäẳäũẦ.7: Sự phân bố ứng suất lên móng cọc trộn sâu .8: Đồ thị quan hệ giữa n và SRR.9: Sự truyền tải.10: Ứng suất Cat .11: Cung vòm trong đất xuất hiện và tải tập trung đầu cọc .12: Cung vòm trong đất (1) .13: Cung vòm trong đất (2) .14: Cung vòm trong đất (3) .15: Thiết lập do phân bố ứng suất .---- - + 2 252 S2 £2£E2E£E+Ez£z£E£xzxzesree 17 Hình 1.16: Tải trọng A và tải trọng B+C,.

HH nh 18 Hình 1.17: Góc cat nên đắp trong trường hợp coc không kéo dai đến tầng chịu lực \// 90010) 72820).18: Góc cat nền đắp khi có tam cứng (Miki and Nozu 2004).19: Phân bố mô hình thi nghiệm tỷ lệ 1:3 (Zaeske, 2001).20: Kết qua thí nghiệm so với mô hình phân tích (Zaeske, 2001) .21: Sự phân bố tải trọng, theo mô hình và theo số liệu đo được (Zaeske, J5) )Nb§ddaiddddddddidiđddđdđiddẦẢẦẦẢẦẢ.22: So sánh khu vực có chuyển vị khi có và không có tấm bê tong (Chevalter et al, 2011) 0.23: M6 himh thiét Ké oes eeseesseesseesseeseeeseesecessceseesncensesuseseceaeeceeeneceasesesenseesees 23 Hình 1.24: Mặt cắt đường Jo-etsu Sanwa sử dụng phương pháp AliCC.25: Tải đắp truyền lên đất giữa COC .26: Phá hoại chọc thủng (trường hợp nên đắp thấp) .1: Phân bố lực trên đầu cọc trong phương pháp ALiCC.2: Ứng suất xuyên thủng (Penta-Ocean, 2007) .---¿-5s+c+c+czczzs+sccee 3l Hình 2.3: Các trường hợp của ứng suất uốn ( Penta-Ocean, 2007) .4: Mô hình cho ứng suất uốn (Penta-Ocean, 2007) .5: Ứng suất tại đầu cọc ( Penta-Ocean, 2Ô/7). --- ch vn ggưy 34 Hình 2.6: Mô hình của lực gây uốn.------ + 2 E56 +22 SE SE£E#ESEEEEEEEEEEEEEEErkrkrree 35 Hình 2.7: Tính toán tong độ lún ( Penta-Ocean, 2007).8: Mô hình dan hồi dẻo lý tưởng.9: Chuan phá hoại Morh — Coulomb.10: Biéu đỗ mặt dẻo Morh — Coulomb trong không gian ứng suất chính.11: Góc giãn nở của đất.12: Mặt giới hạn theo mô hình Cam-cÌay.13: Họ đường dẻo theo mô hình Cam-clay trên hệ tọa độ 3 chiều.14: Deo hóa va cứng hóa theo mô hình Cam-clay (thoát nu@c).15: Deo hóa và cứng hóa theo mô hình Cam-clay (không thoát nước).16: Các đường ứng suất cùng với hệ đường giới hạn dẻo của mô hình Cam- CLAY Zv 0i: 0.17: Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol.18: Mặt chảy biến dạng trượt tiễn về mặt Mohr-Coulomb.19: Mặt mũ chi phối biến dạng thể tích khi nén đ ng hướng.20: Mặt giới han tong quát của mô hình Hardening-soil.1: Vi trí cảng SP-PSA oon eeeeceessceceessececeessaceecessceeceessaeeceessaeeecessaneeees 52 Hình 3.2: Bồ trí mặt băng dự án.3: Sơ d6 bố trí hỗ khoan.4: Mặt bang bồ trí thiết bị quan trẶC.-- ¿+2 5+ 2 2 +E+E+E+Ez£E£EzErtzrerered 56 Hình 3.5: Mặt băng bố trí thiết bị để kiểm tra.--- + 2-5-6 S2 S2£E+E+Ez£z£z£szxreee 57 Hình 3.6: Mặt cắt đại diện xử lý nên.7: Tải trọng trong khu Dãi.8: Mô hình tính toán của Á ÏIC. - - - - - - c G0300 030 0000 9 0 1v v1 vs sex 60 Hình 3.9: Mô hình tính ứng suất gây uốn .10: Ứng suất tác dụng lên đầu CDM.11: Mô hình xác định vị trí điểm ngàm giả định.12: Kết quả trộn cho khu CDM và khu ALiCC (W/C = 0.13: Kết quả trộn cho lớp phủ xi măng bề mặt (W/C = 1.14: Trình tự thi công xử LY. GG G nHnnHnkrre 70 Hình 3.15: Mô hình bài toán: .--G G0 ng re 73 Hình 3.16: Ứng suất chính .17: Ứng suất trên đầu GỌC.- ¿+ - 5252523 3+ 2E E23 EEE5E5E121 71111221 E xe,75 Hình 3.18: Chuyén vị ngang.19: Mặt cat chuyển vị ngang theo độ sâu trên đầu COC .20: Mặt cắt chuyển vị ngang theo độ sâu trên đất.- - - CC 1 1113111011011 2221111111111 10 0 111111 0v nh 79 Hình 3.22: Mặt cat độ lún theo độ sâu trên đầu CỌC.-- ¿66s Sex eEsesesees S0 Hình 3.23: Mặt cắt độ lún theo độ sâu trên đất.25: Áp lực nước lỗ rỗng .--¿--- - + 2 SE SE E912 E3 121515151111 1111 7115111 E xe, 83 Hình 3.1: Ảnh hưởng của mô đun nén cọc đến chuyên vị ngang .2: Ảnh hưởng của mô đun nén cọc đến độ chênh lún.3: Anh hưởng của mô đun nén cọc đến hệ số suy giảm ứng suất SRR .4: Anh huong cua hé số thắm cọc đến độ lún.5: Ảnh hưởng của A*, Va, KẺ.

5c 1t St 21 1211111121111 01 1111111111 cv 93 Hình 4.6: Ảnh hưởng của E, đất dưới mũi cọc đến chuyển vị ngang.7: Ảnh hưởng của E, đất dưới mũi cọc đến độ lún .--- - se <sssxe: 96 Hình 4.8: Hệ số suy giảm ứng suất theo thời gian .9: Anh hưởng của lực dính c lớp đệm đất ximăng đến n.10: So sánh kết quả mô phỏng theo mô hình Soft Soil và Mohr-Coulomb .98 DANH MỤC BÁNG Bang 1.1 Một vài dự án sử dụng phương pháp AliCC ở Nhật (Miki and Nozu 2004) ¬.2 Góc cắt ở một số khu vực dự án ở Nhat (Miki and Nozu 2004) .3 Góc cắt cho một số trường hợp nên cọc có hoặc không có tam cứng/vải địa gia cường (Miki and Nozu 2044).- SH ngờ 28 Bảng 3.1 Thông số tính toán thiẾt KẾ .2 Bang tinh ứng suất xuyên thủng .3 Bang tinh ứng suất gây uốn .4 Bang tinh ứng suất lên đầu COC.5 Bảng tinh lún khi coc cách đáy lớp đất yếu Im.6 Bang tính lún khi cọc đóng hết lớp đất yếu .7 Thông số trộn, vị trí và thời gian lấy MAU .8 Thông số từ thí nghiệm địa Chat .9 Thông số hiệu chỉnh trong mô hình .10 Thông số dùng dé mô phỏng PlaXis.11 So sánh hệ số tập trung Ứng suất .1 Một số công thức tương quan giữa Eso Va yssssesessssessessssesesssesesssseeseeeeen 89 Bảng 4.2 Thông số lỚP SÉK.3 Ti SỐ Eq/Cy. 2 5-55 5E SE 1 1 12 111111121211 11111121111 1111110111111 1101 200111111 94 MO DAU. Dat van dé. Việt Nam có đường bờ biển dai hơn 3000km, là lợi thé lớn dé phát triển hệ thống cảng biến.

Đặc biệt, vùng kinh tế trọng điểm phía Nam giữ vai trò đặc biệt quan trọng đối với nền kinh tế Việt Nam, hàng năm góp gần 60% ngân sách quốc gia và trên 70% kim ngạch xuất khẩu của cả nước, chủ yếu là hàng hóa thông qua bang đường biên. Do đó việc đây mạnh đầu tư hạ tầng cảng biến đặt ra rất bức thiết. Nham tận dụng các ưu thế về nguồn hang, điều kiện tự nhiên khu vực va đón nhận xu thế phát triển của đội tàu quốc tế, các Nhà đầu tư, khai thác cảng tại khu vực Vũng Tàu đã chủ động đầu tư hạ tầng bến cảng. Tuy nhiên, một đặc điểm dễ nhận thay là hệ thong Cảng của Việt Nam nói chung và khu vực Miền Nam nói riêng phan lớn được xây dựng trên bờ các sông.

nơi mà luôn luôn tổn tại một lớp bùn sét yếu trên mặt. Để nâng cao cao trình làm việc, khi xây dựng nên đắp trên các nên đất yếu này, các khu vực bãi chứa hàng Container, hàng tông hợp, sắt thép. hay nên của nhà kho thường phải được xử lý để đảm bảo các yêu cau vé tải trọng khai thác, độ lún dư cho phép. Trong điều kiện thi công thực tế tại Việt Nam hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nền để đảm bảo được các yêu câu khai thác nói trên như: - Xử lý nên bằng bắc thắm (PVD) kết hợp với gia tải trước - Xử lý nền bằng cột xi măng đất với tỉ số xử lý thấp (LiDM) - Xử lý nền bằng cọc tiết diện nhỏ (Micro pile).

Một phương án kinh tế dé cải thiện nền đất hiện hữu là sử dụng bắc thắm kết hợp gia tải trước. Tuy nhiên, phương án nay đòi hỏi thời gian đáng kế dé chờ có kết và nâng cao cường độ đất nền, va cũng có thé gây ra độ lún ở các khu vực liền kể khi nền đắp được mở rộng. Biện pháp xử lý bằng cọc xi măng đất rõ ràng không can gia tải và chờ lún, vì vậy đây nhanh tiến độ thực hiện dự án. Khi sử dụng phương án cọc đất xi mang, van đề thường được quan tâm là giá thành khá cao và sự chênh lệch lún giữa cọc va đất yếu.

Đề giải quyết các van dé này, dự án cảng SP PSA ở khu vực Cái Mép Thị Vải — Bà Rịa Vũng Tàu đã đưa ra thiết kế xử lý nền gồm cọc xi măng đất với tỉ diện tích nhỏ kết hợp lớp đệm đất xi mang (phương pháp AliCC). 2 Luận văn này nhăm phân tích rõ hơn hiệu quả của phương pháp AliCC. Mục tiêu nghiên cứu. - Phân tích hiệu chỉnh thông số địa chất đầu vào để kết quả mô phỏng băng Plaxis phù hợp với kết quả quan trắc.