Đánh giá kết quả sử dụng cọc xi măng đất trong việc xử lý nền đất yếu tại khu vực tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

--------∞0∞--------

NGUYỄN PHẠM BÌNH TIẾN DŨNG

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ SỬ DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

TRONG VIỆC XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU VỰC

TỈNH BÀ RỊA-VŨNG TÀU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

--------∞0∞--------

NGUYỄN PHẠM BÌNH TIẾN DŨNG

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ SỬ DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

TRONG VIỆC XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU VỰC

TỈNH BÀ RỊA-VŨNG TÀU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng

Mã số chuyên ngành: 8 58 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Giảng viên hướng dẫn: TS. VÕ NGUYỄN PHÚ HUÂN

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

GIẤY XÁC NHẬN

Tôi tên là: Nguyễn Phạm Bình Tiến Dũng

Ngày sinh: 09/09/1980 Nơi sinh: Bình Dương

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã học viên: 1885802080003

Tôi đồng ý cung cấp toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ về bản quyền cho

Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh. Thư viện trường đại học Mở

Thành phố Hồ Chí Minh sẽ kết nối toàn văn thông tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống

thông tin khoa học của Sở Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh.

Ký tên

(Ghi rõ họ và tên)

Nguyễn Phạm Bình Tiến Dũng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn “Đánh giá kết quả sử dụng cọc xi măng đất trong việc xử

lý nền đất yếu tại khu vực tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu” là công trình nghiên cứu của cá

nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết tính toán và số liệu đo đạc thực

tiễn dưới sự hướng dẫn của: TS. VÕ NGUYỄN PHÚ HUÂN.

Các số liệu, mô hình tính toán và những kết quả trong Luận văn là hoàn toàn trung thực.

Nội dung của bản Luận văn này hoàn toàn tuân theo nội dung của đề cương Luận văn đã

được Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn Cao học ngành Kỹ thuật xây dựng, Khoa

Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Mở thông qua.

TP. HCM, ngày……tháng……năm 2022

HỌC VIÊN

NGUYỄN PHẠM BÌNH TIẾN DŨNG

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi chân thành cám ơn Ban Giám hiệu nhà trường, trường Đại học Mở, đặc

biệt là quý Thầy, Cô trong Khoa Xây dựng, đã nhiệt tình hướng dẫn truyền đạt các kiến

thức bổ ích trong suốt quá trình học tập, quan tâm giúp đỡ và đã tạo mọi điều kiện tốt

nhất trong thời gian tôi học tập tại trường.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Võ Nguyễn Phú Huân. Với sự tận tụy

và nhiệt tình, Thầy đã giúp tôi phát triển các ý tưởng, tìm kiếm các tài liệu thiết thực để

địnhhướng nghiên cứu của mình được tốt hơn. Ngoài ra tôi cũng không quên gửi lời

cảm ơn đến các tác giả trong tài liệu tham khảo mà tôi đã sử dụng để hoàn thành luận

văn này.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, các cá nhân và anh chị khóa trên đã ủng hộ

động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.

Luận văn thạc sĩ đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể

tránh khỏi những thiếu sót, vì thế rất kính mong quý Thầy, Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ

sung những kiến thức trên con đường nghiên cứu và học tập sau này.

Xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày ….. tháng ….. năm 2022

HỌC VIÊN

NGUYỄN PHẠM BÌNH TIẾN DŨNG

TÓM TẮT

Luận văn đánh giá việc sử dụng cọc xi măng đất trong việc xử lý nền đất yếu tại

khu vực ven sông Thị Vải, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Đặc biệt là việc áp dụng lớp phủ

cứng bề mặt phía trên đầu cọc xi măng đất để nâng cao hiệu quả của phương pháp xử lý

nền này. Các thông số địa chất được dựa trên hồ sơ khảo sát địa chất thực tại công trình,

đồng thời các yêu cầu liên quan đến độ lún dư, chuyển vị ngang, hệ số an toàn cũng

được xem như là tiêu chí để đánh giá cho phương pháp này. Luận văn sẽ đi đánh giá vào

2 hướng chính đó là: hệ số tập trung ứng suất và độ lún của công trình trong quá trình

thi công.

Hệ số tập trung ứng suất sẽ được đánh giá thông qua 3 phương pháp đó là:

phương pháp giải tích, phương pháp phân tích kết quả từ số liệu hiện trường và theo

phương pháp phần tử hữu hạn. Từ các kết quả này sẽ giúp chúng ta đánh giá hiệu quả

của phương pháp, và các yếu tố ảnh hưởng lớn đến phương pháp này để từ đó sẽ có kinh

nghiệm cho các thiết kế tính toán khác tương tự.

Độ lún của công trình cũng sẽ được đánh giá thông qua kết quả quan trắc và kết

quả mô phỏng. Kết quả so sánh sẽ được đưa ra nhằm tìm được thông số đầu vào chính

xác nhất cho địa chất công trình. Từ đó làm cơ sở cho các nghiên cứu liên quan sau này.

ABSTRACT

The thesis assess the using of cement deep mixing in soil improvement method

at the Thi Vai river area, Ba Ria Vung Tau province. In addition, wtih combining the

hard surface cover above CDM to enhance the effec of this method. The soil profile

were based on geological survey at SP-PSA Terminal, beside that the request results

were considerded such as: remain settlement, horizontal movement, safety factor,...The

main of research is focused to two ways: Stress concertration factor and the settlement

during the constructiuon.

Stress concertration factor will be assessed to 3 method: analytics analysis;

monitoring data analysis and finite element method. From these results, it will help us to

assess the effect of CDM with hard surface cover and draw conclusions which will be

used as past experiences and guidlines for next similar projects.

Settlement of this project will be assessed through 2 method: monitoring data

analysis and modelling method. The comparison of results will be displayed to find the

exactly input data, this will be establishmen for next research.

Mục lục

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...............................................................................................1

1.1. Mở đầu .....................................................................................................................1

1.2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................4

2.1. Các giai đoạn phát triển về việc sử dụng phương pháp trộn hóa học trong việc giữ

ổn định cho nền ...............................................................................................................4

2.2. Chi tiết phương pháp trộn sâu..................................................................................4

2.2.1. Phương pháp trộn khô.......................................................................................4

2.2.2. Phương pháp trộn ướt .......................................................................................5

2.3. Các cách bố trí cọc CDM.........................................................................................6

2.4. Khả năng chịu tải tới hạn của cọc đơn ....................................................................6

2.5. Tổng lún của cọc CDM............................................................................................7

2.6. Độ lún lệch .............................................................................................................10

2.7. So sánh độ lún và chuyển vị ngang khi có và không có cọc CDM ......................11

2.7.1. Cách thức lún của cọc CDM khi sử dụng để xử lý nền đất yếu ....................11

2.8. Hiệu ứng vòm.........................................................................................................12

2.9. Phương pháp AliCC (Arch action Low improvement ratio Cement Column):

DMM (Deep Mixing Method) và lớp phủ xi măng bề mặt..........................................16

2.9.1. Tính toán bề dày và cường độ lớp phủ xi măng.............................................17

2.9.2. Tính toán cường độ của cọc CDM .................................................................20

2.9.3. Xác định chiều sâu đóng cọc CDM................................................................20

CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH VIỆC XỬ LÝ NỀN CẢNG SP – PSA Ở KHU VỰC CÁI

MÉP THỊ VẢI – BÀ RỊA VŨNG TÀU...........................................................................23

3.1. Giới thiệu công trình..............................................................................................23

3.2. Điều kiện tự nhiên..................................................................................................24

3.2.1. Địa hình...........................................................................................................24

3.2.2. Mực nước ........................................................................................................24

3.2.3. Địa chất ...........................................................................................................24

3.3. Số liệu địa chất.......................................................................................................25

3.3.1. Vị trí hố khoan ................................................................................................25

3.3.2. Công tác khoan lấy mẫu .................................................................................26

3.3.3. Tổng hợp địa chất khu vực .............................................................................26

3.4. Thiết kế chi tiết xử lý nền bằng phương pháp AliCC ...........................................30

3.4.1. Tổng quan .......................................................................................................30

3.4.2. Điều kiện thiết kế............................................................................................30

3.4.3. Trình tự thi công .............................................................................................32

3.4.4. Thông số địa chất đất nền dùng trong thiết kế ...............................................33

3.4.5. Tính toán thiết kế xử lý nền............................................................................34

3.4.6. Tiêu chuẩn kỹ thuật của AliCC ......................................................................42

3.5. Quan trắc tại hiện trường .......................................................................................44

3.5.1. Phạm vi quan trắc ...........................................................................................44

3.5.2. Chi tiết thiết bị quan trắc Earth pressure cell .................................................46

3.5.3. Kết quả quan trắc ............................................................................................47

CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ............................................................................61

4.1. Mô hình hóa bằng Plaxis 2D V8.5 ........................................................................61

4.1.1. Thông số đầu vào............................................................................................61

4.1.2. Kết quả tính toán.............................................................................................63

4.2. Mô hình hóa bằng Plaxis 3D Foundation V2.1.....................................................66

4.2.1. Trường hợp 1 ..................................................................................................66

4.2.2. Trường hợp 2 ..................................................................................................74

4.2.3. Trường hợp 3 ..................................................................................................81

4.2.4. Trường hợp 4 ..................................................................................................85

4.3. Kết quả tính toán từ giải tích và quan trắc hiện trường.........................................96

4.3.1. Sự phân bố ứng suất........................................................................................96

4.3.2. Kết quả phân tích lún......................................................................................99

4.3.3. Kết quả thí nghiệm mẫu cọc xi măng.............................................................99

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................101

5.1. Kết luận ................................................................................................................101

5.1.1. Ứng suất tác dụng .........................................................................................101

5.1.2. Độ lún............................................................................................................102

5.1.3. Cường độ cọc CDM......................................................................................102

5.2. Kiến nghị..............................................................................................................102

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................103

Danh mục bảng

Bảng 1-1: Phân loại kỹ thuật xử lý nền ..............................................................................1

Bảng 2-1: Hệ số riêng phần ..............................................................................................14

Bảng 2-2: Hệ số tạo vòm Cc..............................................................................................14

Bảng 3-1: Tọa độ vị trí các hố khoan ...............................................................................25

Bảng 3-2: Bảng tổng hợp phương pháp và mục đích việc xử lý......................................30

Bảng 3-3: Bảng tính cường độ của lớp phủ xi măng........................................................35

Bảng 3-4: Bảng tổng hợp kết quả ứng suất tác dụng lên CDM tại các khu vực..............37

Bảng 3-5: Bảng tổng hợp kết quả cường độ CDM dùng thiết kế tại các khu vực...........37

Bảng 3-6: Kết quả tính toán độ lún của lớp yếu không xử lý ..........................................38

Bảng 3-7: Kết quả tính lún của cọc CDM khi chịu tải khai thác .....................................38

Bảng 3-8: Bảng tính tổng lún khu vực 1 ..........................................................................40

Bảng 3-9: Bảng tính tổng lún khu vực 2 ..........................................................................41

Bảng 3-10: Bảng tính tổng lún khu vực 3 ........................................................................42

Bảng 3-11: Kết quả thu được tại EP03 trong khu AliCC.................................................49

Bảng 3-12: Kết quả thu được tại EP04 trong khu AliCC.................................................51

Bảng 4-1: Thông số đầu vào trong Plaxis 2D...................................................................61

Bảng 4-2: Thông số đầu vào cho Plaxis 3D (trường hợp 1) ............................................66

Bảng 4-3: Thông số đầu vào cho Plaxis 3D (trường hợp 2) ............................................74

Bảng 4-4: Thông số đầu vào cho Plaxis 3D (trường hợp 3) ............................................81

Bảng 4-5: Thông số đầu vào cho Plaxis 3D (trường hợp 4) ............................................85

Bảng 4-6: Bảng tổng hợp kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D

Foundation.........................................................................................................................95

Bảng 4-7: Bảng tổng hợp ứng suất tác dụng lên công trình tại khu vực 1 ......................98

Bảng 4-8: Bảng tổng hợp kết quả lún ...............................................................................99

Bảng 4-9: Thông số trộn, vị trí và thời gian lấy mẫu .......................................................99

Bảng 4-10: Kết quả thí nghiệm nén cho khu CDM giữ ổn định....................................100

Bảng 4-11: Kết quả thí nghiệm nén cho khu vực ALiCC..............................................100

Danh mục hình

Hình 1.1: Phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước ......................2

Hình 1.2: Phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp bơm hút chân không và gia tải

trước.....................................................................................................................................2

Hình 1.3: Phương pháp xử lý nền bằng cọc đất trộn xi măng............................................2

Hình 2.1: Sơ đồ thi công trộn khô ......................................................................................5

Hình 2.2: Sơ đồ thi công trộn ướt .......................................................................................5

Hình 2.3: Các cách đóng cọc CDM (Nagaraj, 2002) .........................................................6

Hình 2.4: Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong cọc CDM (Brom, 1984).................7

Hình 2.5: Tính toán độ lún của CDM khi không xét đến từ biến (Brom, 1984) ...............8

Hình 2.6: Tính toán độ lún của CDM khi có xét đến từ biến (Broms, 1984)..................10

Hình 2.7: Tính toán độ lún lệch (Bergado et al, 1996).....................................................10

Hình 2.8: Độ lún mặt của đất nền và của cọc dưới áp lực do lớp phủ bên trên gây ra (ký

hiệu rỗng =đất nền; ký hiệu solid =cọc) (Lorenzo, 2005)................................................11

Hình 2.9: Hiệu ứng vòm (Miki and Nozu, 2004).............................................................12

Hình 2.10: Góc cắt  (Miki và Nozu, 2004).....................................................................15

Hình 2.11: Sự thay đổi góc  khi sử dụng lớp phủ hoặc lớp vải địa (Miki và Nozu, 2004)

...........................................................................................................................................16

Hình 2.12: Phân bố lực trên đầu cọc trong phương pháp ALiCC (SP-PSA, 2008) ........17

Hình 2.13: Ứng suất xuyên thủng (Penta-Ocean, 2007)..................................................18

Hình 2.14: Ứng suất tại đầu cọc ( Penta-Ocean, 2007)....................................................20

Hình 2.15: Mô hình của lực gây uốn ( Penta-Ocean, 2007).............................................20

Hình 2.16: Tính toán tổng độ lún ( Penta-Ocean, 2007)..................................................21

Hình 3.1: Vị trí Cảng SP - PSA ........................................................................................23

Hình 3.2: Bản đồ địa chất khu vực ...................................................................................24

Hình 3.3: Sơ đồ bố trí hố khoan........................................................................................25

Hình 3.4: Công tác khoan lấy mẫu ở hiện trường ............................................................26

Hình 3.5: Đường đồng mức của lớp 1 ..............................................................................27

Hình 3.6: Đường bình đồ của lớp cuối cùng ....................................................................29

Hình 3.7: Mặt cắt đại diện xử lý nền ................................................................................30

Hình 3.8: Tải trong trong khu bãi .....................................................................................31

Hình 3.9: Mô hình tính toán của AliCC ...........................................................................31

Hình 3.10: Mô hình ứng suất tập trung của AliCC ..........................................................32

Hình 3.11: Trình tự thi công xử lý....................................................................................32

Hình 3.12: Kết quả thí nghiệm thông số địa chất của đất nền .........................................33

Hình 3.13: Mô hình tính ứng suất gây uốn.......................................................................36

Hình 3.14: Ứng suất tác dụng lên đầu CDM....................................................................37

Hình 3.15: Các trường hợp tính độ lún của nền ...............................................................38

Hình 3.16: Mặt cắt tính toán tại hố khoan 15...................................................................39

Hình 3.17: Phân chia khu vực cường độ CDM và khoảng cách đóng.............................43