Nghiên cứu lập bản đồ Địa chất công trình & đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu hạ tầng giao thông Thành phố Trà vinh
1. Lý do lựa chọn đề tài
Thành phố Trà Vinh là trung tâm kinh tế – tài chính, giáo dục, văn hóa và du lịch của Tỉnh và đang phấn đấu hướng đến là đô thị loại 1 trước năm 2020. Cơ sở hạ tầng, giao thông được tập trung phát triển từ đó thúc đẩy quá trình đô thị hóa. Hàng loạt công trình kiến trúc, quy mô lớn như ngân hàng, siêu thị, trung tâm thương mại, khách sạn, bệnh viện, trường học,…nhất là hệ thống hạ tầng giao thông trong đô thị Thành phố đã và đang chuẩn bị hình thành.
Chính vì vậy trong giai đoạn phát triển hiện nay, nhu cầu về xây dựng hạ tầng cơ sở đã trở nên thiết yếu nhằm phục vụ cho sự phát triển của Tỉnh, trong đó nổi bật lên là nhu cầu xây dựng, phát triển mạng lưới giao thông vận tải. Để góp phần năng cao cở sở vật chất cho các công trình xây dựng, các tuyến đường được thiết kế đảm bảo đạtchuẩn thì vấn đề khảo sát địa chất công trình tại Thành Phố góp phầnkhông nhỏ. Tuy nhiên, với quy mô xây dựng có quy hoạch như thế thì với mỗi công trình chúng ta cần phải kiểm tra địa tầng đất cho từng khu vực và việc này cũng đã tốn rất nhiều kinh phí, là một thành phố thuốc vùng sâu thì để đầu tư một khoảng kinh phí cho khảo sát địa chất với vi mô lớn như thế thì củng là vấn đề đáng bàn cãi. Với số liệu địa chất sẵn có, các số liệu địa chất các công trình trên địa bàn Thành phố Trà Vinh đã được đánh giá và phân tích rất nhiều, dựa vào số liệu đó chúng ta có thể nghiên cứu lập nên một bản đồ ĐCCT và đưa ra các giải pháp sử lý nền đất yếu hạ tầng giao thông TP Trà Vinh để góp phần hạn chế được những kinh phí khảo sát và có giải pháp hợp lý khi thiết kế các công trình trên địa bàn tỉnh Trà Vinh.
Do đó đề tài luận văn “Nghiên cứu lập bản đồ Địa chất công trình & đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu hạ tầng giao thông Thành phố Trà vinh” chính là giải quyết vấn đề thời gian, công sức trong việc thực hiện lựa chọn các phương án kỹ thuật, đồng thời tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng công trình, nhất là đối với các công trình hạ tầng giao thông trên khu vực TP Trà Vinh, góp phần định hướng cho chủ đầu tư, kỹ sư thiết kế, cơ quan quản lý nhà nước đề xuất lập các Đề án đầu tư xây dựng hạ tầng giao thông, đảm chất lượng công trình và tăng hiệu quả đầu tư xây dựng.
2.1. Mục tiêu tổng quát:
Kết quả nghiên cứu của đề tài lập được Bản đồ ĐCCT của khu vực TP Trà vinh, đánh giá sơ bộ điều kiện ĐCCT của khu vực nghiên cứu .
2.2. Mục tiêu cụ thể:
– Nghiên cứu cơ sở khoa học và lý thuyết lập nên Bản đồ ĐCCT;
– Nghiên cứu các quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn để thành lập bản đồ ĐCCT;
– Tiến hành tồng hợp – thống kê các tài liệu ĐCCT và các chỉ tiêu đặt trưng của đất nền khu vực nghiên cứu;
– Xây dựng bản đồ ĐCCT khu vực nghiên cứu phục vụ xây dựng hạ tầng giao thông;
– Đề xuất các giải pháp, biện pháp xử lý nền đất yếu hạ tầng giao thông tại TTTP Trà Vinh; Sơ bộ đánh giá điều kiện ĐCCT của đất nền khu vực nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu
– Địa tầng ĐCCT khu vực nghiên cứu;
– Các chỉ tiêu cơ lý đăc trưng của đất nền;
– Phương pháp xử lý nền đất yếu khu vực nghiên cứu.
4. Phạm vi nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp, thống kê, tính toán các tài liệu hố khoan ĐCCT, các kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu đặc trưng cơ bản của đất nền , các báo cáo ĐCCT các dữ liệu lập bản đồ ĐCCT, từ đó ứng dụng đưa ra phương pháp xử lý nền đất yếu hạ tầng giao thông cho một tuyến đường D16 tại trung tâm thành phố Trà Vinh.
5. Phương pháp nghiên cứu
– Thu thập thông tin:
+ Thu thập từ các đề tài, dự án liên quan đến Lập Bản đồ ĐCCT;
+ Thu thập từ các Báo cáo kết quả KS ĐCCT của các công trình trong khu vực TP Trà Vinh;
+ Thu thập từ mạng về công nghệ xử lý nền đất yếu;
+ Thu thập các phần mền liên quan về lập bản đồ ĐCCT ;
– Tổng hợp thống kê các chỉ tiêu cơ lý đặt trưng của đất nền.
– Phân vùng & sơ bộ đánh giá điều kiện ĐCCT;
– Xây dựng các biện pháp xử lý nến đất yếu hạ tầng giao thông khu vực nghiên cứu.
- Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài
6.1.Ý nghĩa khoa học:
– Sơ bộ đánh giá điều kiện ĐCCT của khu vực nghiên cứu .
– Đề xuất các biện pháp xử lý đất nền cho hạ tầng giao thông trong khu vực TP Trà vinh.
6.2.Ý nghĩa thực tiễn:
– Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở tham khảo, phục vụ cho các công tác Lập Dự án, Quy hoạch, thiết kế xây dựng công trình, nhất là các hạ tầng giao thông trong khu vực TP Trà Vinh nhằm phát triễn hạ tầng giao thông ngày càng hiện đại và môi trường bảo đảm phát triển bền vững.
– Kết quả nghiên cứu giúp cho chủ đầu tư có thêm các phương án so sánh phương án xử lý nền đường.
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ HIỆN TRẠNG NỀN ĐẤT YẾU TẠI TRUNG TÂM THÀNH PHỐ TRÀ VINH
+ Khái niệm bản đồ ĐCCT:
– Bản đồ địa chất là một bản đồ phục vụ cho mục đích đặc biệt thể hiện các yếu tố địa chất.
– Bản đồ địa chất công trình là bản đồ được thành lập trên bản đồ địa chất thể hiện các điều kiện địa chất công trình của một khu vực, cho phép xây dựng các công trình có quy mô và công dụng khác nhau về mặt kinh tế.
+ Phân loại bản đồ ĐCCT:
– Phân loại theo nội dung: gồm bản đồ địa lý chung và bản đồ chuyên đề.
– Phân loại theo tỷ lệ gồm tỷ lệ bản đồ lớn, tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ
– Phân loại theo mục đích sử dụng
– Phân loại theo lãnh thổ
a. Tổng quan về GIS (Geographic Information System)
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. GIS là một hệ thống máy tính và các thiết bị ngoại vi dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu.
MapInfo là hệ phần mềm GIS chuyên về quản lý dữ liệu và in ấn bản đồ. Ưu điểm nổi bật của phần mềm này là khả năng hỏi đáp cơ sở dữ liệu địa lý mà sử dụng được các tài nguyên của môi trường Windows.
1.1.3.2. Lập bản đồ ĐCCT bằng phần mềm ARCGIS
ArcGIS (ESRI Inc. – http://www.esri.com): là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp
1.1.4. Tool Arc Hydro Groundwater
1.2. Hiện trạng nền đất yếu tại TP Trà Vinh
Địa chất đặc trưng vùng đất yếu trung tâm TP Trà Vinh chủ yếu là trầm tích HOLOCEN trung thượng (AMQII2-3), phổ biến nhất là các loại đất yếu như bùn sét, bùn sét pha, dét pha và sét trạng thái dẻo chảy đến chảy, có nơi kẹp cát, cát pha, một số nơi gặp đất sét, sét pha trạng thái dẻo cứng – dẻo mềm.
1.2.1. Khái niệm đất yếu & nền đất yếu.
1.2.2. Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản về đất & nền đất yếu.
1.3. Các phương pháp xử lý nền đất yếu.
1.3.1.1 Giếng Cát
1.3.1.2 Bấc thấm
1.3.2. Biện pháp tăng cường sức chịu tải & ổn định công trình nền đất yếu
1.3.2.1. Cọc cát
1.3.2.2. Cọc xi măng đất
DỮ LIỆU ĐỊA CHẤT VÀ LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH TÍCH HỢP GIS TẠI THÀNH PHỐ TRÀ VINH
2.1. Giới thiệu phần mềm ARCGiS
ArcGIS (ESRI Inc. – http://www.esri.com): là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay.
– ArcGis có thể tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp ( dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính) cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet.
– ArcGis truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau.
– Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính.
2.3. Khảo sát thực địa để thu thập số liệu tọa độ các lỗ khoan (x,y,z)
2.4. Tổng hợp, thống kê các báo cáo kết quả khảo sát ĐCCT đã tích lũy, (hố khoan, mặt cắt ĐCCT, chiều dày các lớp đại chất, các chỉ tiêu cơ lý đặt trưng của đất nền,…)
a. Định nghĩa hố khoan.
Hố khoan còn gọi là lỗ khoan, giếng khoan, là công trình phục vụ nghiên cứu, thăm dò, khai thác hoặc xây dựng, có dạng trục hẹp và dài được khoan vào lòng đất, nhằm thu được các thông tin cụ thể về thành phần, tính chất, trạng thái của đất đá thông qua các mẫu lõi khoan (Core sample) hoặc mùn khoan .
2.4.2 Mặt cắt ĐCCT
a. Định nghĩa .
Mặt cắt địa chất công trình được vẽ theo tuyến, tức là vẽ theo thứ tự các hố khoan nằm cạnh nhau và nối các lớp đất của các hố khoan lại thành những lớp đất đồng nhất phản ánh ký hiệu các lớp đất và mô tả của từng lớp.
2.4.4 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của nền đất.
2.5. Phân nhóm các công trình lân cận có cùng đặc trưng địa chất
2.5.1. Cơ sở phân nhóm các công trình có cùng đặc trưng địa chất
Dựa vào dữ liệu địa chất tại các lỗ khoan: Những đặc trưng cơ lý hóa của địa chất, mặt cắt địa chất tại từng lỗ khoan. Đề tài đã tiến hành phân vùng địa chất ở khu vực nghiên cứu- trung tâm thành phố Trà Vinh.
2.5.2. Phân nhóm dựa trên cơ sở phân nhóm
Dưới đây là hình ảnh tổng hợp kết quả phân nhóm các vùng có cùng địa chất trong phạm vi trung tâm thành phố Trà Vinh xuất ra từ bảng thuộc tính trong phần mềm ArcGis. Cột HGUName là cột thống kê các lớp địa chất của các nhóm, tên cụ thể của nó sẽ được thể hiện qua cột Địa Chất. Những cột còn lại là các thông số phục vụ phần mềm.
Hình 2.1 Hình ảnh các vùng đã được phân nhóm
2.6. Xây dựng bản đồ ĐCCT-Hạ tầng giao thông khu vực trung tâm thành phố Trà Vinh
1. Bản đồ giao thông trà vinh
2. Tọa độ (x,y,z) của các lỗ khoan trong hệ tọa độ VN-2000
3. Bảng tổng hợp các lớp địa tầng tại các lỗ khoan
4. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa tầng tại các lỗ khoan.
2.7. Phát sinh các mặt cắt địa chất dọc theo hạ tầng giao thông khu vực trung tâm thành phố Trà Vinh
Dưới đây là một số mặt cắt địa chất được xây dụng từ phần mềm.
Mặt cắt địa chất đường Phạm Ngũ Lão
Hình 2.2 Mặt cắt địa chất Phạm Ngũ Lão (PNL-1) hoàn thiện
Ở hình vẽ trên, các lớp địa chất được nối lại với nhau để tạo thành một mặt cắt địa chất. Mặt cắt địa chất được thể hiện là lát cắt có tên PNL-1 như trên bản đồ. Đường màu xanh lam đang được chọn đó chính là lát cắt PNL-1.
Trên mặt cắt địa chất PNL-1 có 6 lớp địa chất khác nhau (ký hiệu theo HGUID) có chỉ tiêu cơ lý khác nhau:
- Lớp số 2: Bùn sét pha, bùn sét đôi chỗ kẹp cát, xám nâu, trạng thái chảy
- Lớp số 4: Bùn sét xám xanh, xám nâu, trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy
- Lớp số 7: Cát nhỏ, rời đến chặt vừa (kém chặt)
- Lớp số 3: Cát nhỏ, xám xanh, xám nâu, kết cấu kém chặt đến chặt vừa.
- Lớp số 8: Sét pha, vàng nâu, xám nâu, trạng thái dẻo mềm
- Lớp số 5: Sét, vàng nâu, xám nâu, trạng thái dẻo chảy
Mặt cắt địa chất đường D15
Hình 2.3 Mặt cắt địa chất tuyến quy hoạch D15
Ở hình vẽ trên, các lớp địa chất được nối lại với nhau để tạo thành một mặt cắt địa chất. Mặt cắt địa chất được thể hiện là lát cắt có tên D15-1 như trên bản đồ. Đường màu xanh lam đang được chọn đó chính là lát cắt D15-1.
Trên mặt cắt địa chất BD-1 có 13 lớp địa chất khác nhau (ký hiệu theo HGUID) có chỉ tiêu cơ lý khác nhau:
- Lớp số 2: Bùn sét pha, bùn sét đôi chỗ kẹp cát, xám nâu, trạng thái chảy;
- Lớp số 1: Cát nhỏ, vàng nâu, xám nâu, kết cấu kém chăt, chặt vừa;
- Lớp số 4: Bùn sét xám xanh, xám nâu, trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy;
- Lớp số 5: Sét, vàng nâu, xám nâu, trạng thái dẻo chảy;
- Lớp số 6: Cát pha, vàng nâu- xám nâu, trạng thái dẻo;
- Lớp số 7: Cát nhỏ, rời đến chặt vừa ( kém chặt);
- Lớp số 9: Sét, vàng nâu, xám trắng- xám xanh, trạng thái nửa cứng;
- Lớp số 10: Sét, xám nâu, xám đen lẫn sỏi laterit, dẻo mềm, dẻo cứng, nửa cứng;
- Lớp số 15: Sét pha, xám nâu- xám trắng, trạng thái dẻo cứng ( Đến cứng);
- Lớp số 18: Cát san lấp, vàng nâu;
- Lớp số 23: Đá laterrit kết tảng, xám, xám vàng nâu;
- Lớp số 25: Cát mịn, kết cấu kém chặt;
- Lớp số 29: Sét, vàng nâu, nâu đỏ, xen kẹp lớp laterit cứng chắc, trạng thái cứng.
Các chỉ tiêu cơ lý được nội suy hoặc tính giá trị trung bình từ số liệu của các lỗ khoan đã có. Ví dụ đối với lớp số 6, OBJECTID=30 phạm vi của lớp này phân bố trong 1 hố khoan cuối cùng bên phải. Như vậy các chỉ tiêu cơ lý sẽ được nội suy hoặc tính giá trị trung bình từ số liệu của 1 lỗ khoan này.
Hình 2.4: thể hiện các thông số của một lớp địa chất bất kỳ đã được nội suy trong mặt cắt địa chất D15-1
2.8 Tạo mặt cắt 3D từ mặt cắt 2D
Mục đích của việc tạo mô hình 3D từ các mặt cắt 2D trong phạm vi vùng nghiên cứu: Dựa vào mô hình 3D, ta sẽ dễ dàng nhận thấy sự phân bố và phạm vi của các lớp địa chất theo không gian 3 chiều. Từ đó có thể dễ dàng nội suy được tương đối địa chất trong phạm vi giữa các mặt cắt địa chất. Kết hợp với phương pháp chuyên gia, thì việc đánh giá này sẽ có hiệu quả tích cực;
Sau khi tạo được các mặt mắt địa chất 2D từ quá trình nội suy modun trong phần mềm ArcGis tích hợp AHGW ta chuyển từ dữ liệu 2D sang mô hình 3D như một số hình dưới đây.
Hình 2.5 Mặt cắt 3D của một vùng trên bản đồ giao thông Trà Vinh
- Từ mô hình 3D, ta dễ hình dung được sự thay đổi về địa chất trong một khu vực cụ thể tại vùng trung tâm thành phố Trà Vinh.
- Trong hai mô hình trên, ta có thể thấy bề dày của các lớp sẽ thay đổi tùy theo vị trí địa lý (x,y) trên bản đồ. Có những lớp chỉ có ở một vài vị trí nhất định, có những lớp hầu như có ở tất cả trong vùng đang xét đến.
CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐƯỢC LẬP ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT TUYẾN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ TRÀ VINH
3.1. Đối với tuyến Quy hoạch thiết kế mới D16
3.1.1. Xác định các mặt cắt ngang D16
Từ bản đồ quy hoạch giao thông 2020 tầm nhìn 2030 kèm theo các thông số kích thước hình học, cấp đường do bộ xây dựng quy hoạch trong tương lai, từ các số liệu đã được quy hoạch đề tài đưa ra mặt cắt ngang đặc trưng cho tuyến D16.
Tuyến D16 là một tuyến đường trục chính của thành phố Trà Vinh trong năm tương lai với 4 làn xe cơ giới và 2 làn xe thô sơ có thể giải quyêt vấn đề kẹt xe cho người tham gia giao thông trên tuyến xã long đức về phía tây Trà Vinh.
Hình 3.1: Mặt cắt ngang tuyến D16
3.1.2. Xác định mặt cắt địa chất từ ARCGIS
Từ quá trình lập bản đồ địa chất chương 2, đề tài đưa ra mặt cắt địa chất công trình tuyến D16 phục vụ cho việc đánh giá ổn định –lún (Hình 3.2)
Hình 3.2. Mặt cắt địa chất công trình D16 thể hiện theo tên lớp địa chất
Bảng 3.1 : Bảng số liệu hiệu chỉnh chỉ tiêu cơ lý từng lớp đất tuyến D16 đưa vào tính toán trên phần mềm Plaxis
Nhận xét : – Từ mặt cắt địa chất tuyến D16 trên phần mềm ArcGis đề tài đưa ra một số nhận xét sau
+ Lớp đất yếu như bùn sét pha xám xanh, xám đem, có hệ số rỗng lớn, tính nén lún cao trạng thái chảy xuất hiện ngay tầng mặt.
+ Lớp cát nhỏ xám xanh xám đen trạng thái chảy xen kẽ các lớp bùn xét.
+ Đất có thành phần hạt rất mịn, hàm lượng các nhóm hạt bụi và sét khá cao đồng thời cũng có mặt các khoáng vật có tính phân tán cao như montmorillonit và illit, không thuận lợi cho các giải pháp sử dụng xử lý nền đất yếu bằng các chất kết dính.
3.1.3.1 Quy đổi tải trọng xe chạy và tải trọng các lớp KCAĐ sang chiều cao đất cát K95
3.1.3.2: Quy đổi các lớp KCAĐ
3.1.3.3 Phân đoạn tuyến D16
Việc phân chia các mặt cắt tính toán theo tuyến được đựa vào các yếu tố điều kiện dưới đây.
+ Dựa vào mặt cắt các lớp địa chất đã có tại chương II
+ Dựa vào cao độ đắp của từng đoạn tuyến.
+ Dựa vào mặt cắt ngang của đường.
Bảng 3.2 Bảng phân đoạn tuyến D16
| Tên đường | Mặt cắt | Vị trí mặt cắt | Chiều cao đắp | Lòng đường (m) |
| D16 | 1-1 | N8 – Hùng Vương | 1.5 | 14 |
| 2-2 | Hùng Vương – N12 | 1.5 | 14 | |
| 3-3 | N12 – N14 | 1.5 | 14 |
3.1.3.4 Đánh giá ổn định lún Tuyến D16
Trước tiên ta xét trường hợp đắp trực tiếp trên đất yếu (không dùng một biện pháp sử lý nào khác) khi tính toán ổn định và lún trên nền đắp trực tiếp trên nền thiên nhiên (bao gồm cả đất yếu ở dưới) hoặc trực tiếp trên nền đất yếu đều thõa mãn được các yêu cầu và tiêu chuẩn.
a /: Xét MC 1-1,đoạn N8 – Hùng Vương
Tính toán dựa trên phần mềm PLAXIS.
Hình 3.3Mô hình tính toán tuyến D16 MC 1-1 đoạn N8 – Hùng Vương
Hình 3.4 Hệ số ổn định đắp nền đường
Hình 3.5 Biểu đồ lún tại MC 1-1 đoạn N8 – Hùng Vương
Đánh giá: Độ ổn định khi gán tải trọng xe đạt được 1.02, Độ lún cuối cùng theo phương thẳng đứng (áp lực nước <1 kN/m2): 62,12cm, Tốc độ lún lớn nhất theo phương đứng 1,9 mm/ng.d, theo phương ngang 0.297 mm/ng.đ.
Kết luận: Độ ổn định và độ lún vượt quá giới hạn cho phép theo 22TCN262-2000, ta cần dùng biện pháp xử lý sẽ được trình bày phần sau.
b/ Tính toán chiều sâu cắm bấc thấm và độ lún cuối cùng theo 22TCN 262-2000. (mục 3.1.3.3 a)
Tính toán độ lún nền đường theo phương pháp cộng lún từng lớp.
Tài liệu tham khảo chính:
– Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 54-78
– Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN262-2000.
– Giáo trình cơ học đất của giáo sư N.A.Xuwtovich–nhà xuất bản Mir Maxccova 1987
– Giáo trình cơ học đất chủ biên G.S.Vũ Công Ngữ, nhà xuất bản Giáo dục, 1995.
Hình 3.12 Mô hình tính toán tuyến D16 mặt cắt 1-1 N8- Hùng Vương
| Bên phải | Bên trái | ||
| a | 3.000 | a | 3.000 |
| b | 7 | b | 7 |
Chiều sâu ứng suất tác dụng tuyến D16 MC 1-1, đoạn N8 – Hùng Vương (Bảng 3.2)
Hình 3.6 : Biểu đồ ứng suất
– Độ lún tổng cộng S được dự đoán theo quan hệk inh nghiệm sau:
S= m*Sc
Trong đó + m: hệ số kinh nghiệm m=1.3
+ Sc: độ lún cố kết
– Độ lún tức thời Si được tính toán theo quan hệ kinh nghiệm sau
+ Si = (m-1)*Sc
– Độ lún cố kết Sc được tính toán theo các công thức sau:
+ Với các lớp đất cố kết thông thường ( бvz >бpz)
+ Với các lớp đất quá cố kết ( бz > бpz –бvz )
+ Với các lớp đất quá cố kết ( бz < бpz –бvz )
Trong đó : Sc : Độ lún cố kết
Hi : Bề dày lớp đất tính toán thứ i
Eo : Hệ số rỗng của lớp đất thứ i trạng thái tự nhiên
Cci : Chỉ số nén lún cho đất quá cố kết
Cri : Chỉ số nén lún cho đất cố kết bình thường
бvzi : Âp lực do trọng lượng bản thân các lớp bên trên lớp i
бpzi : Âp lực tiền cố kết ở lớp i
бzi : Âp lực do tải trọng đất đắp gây ra ở lớp i
Tính toán thời gian lún cố kết
- Các giả thiết tính toán
– Nền lún theo sơ đồ cố kết thoát nước một chiều
– Nền được đắp toàn bộ, không phân đợt chờ lún
- Các số liệu tính toán
– Chiều sâu ảnh hưởng lún Za = 15m
– Độ cố kết cần đạt được 90%
– Nhân tố thời gian Tv xác định theo công thức
Cvtb : Hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng trong phạm vi chịu lún
H : Chiều sâu chịu lún
– Hệ số cố kết trung bình Ctbv xác định theo công thức sau
Hi : Chiều dày các lớp đất
Cvi: Hệ số cố kết của lớp đất thứ i
Hình 3.7. Biểu đồ lún tại mặt cắt 3-3, đoạn N8 – Hùng Vương
Hình 3.8:Biểu đồ lún khi tính bằng Plaxis và 22TCN262-2000
– Độ lún cuối cùng khi tính toán bằng PLAXIS là 61,12 cm khi tính toán dựa trên 22TCN262-2000 là 58,35 cm, độ lún cuối cùng có giá trị xấp xỉ nhau khi tính theo 2 phương pháp.
– Độ cố kết khi tính toán dựa trên Plaxis khi thi công đắp đất nền đường phải chờ cho lớp đất yếu đạt được độ cố kết là U%= 50,92 %. khi tính toán theo 22TCN 262-2000 thì U% =48.59 %.
– Độ chênh lệch khi tính bằng PLAXIS và khi tính theo 22TCN262-2000 là 4.58 %
– Xu hướng phát triển lún, khi tính theo 22TCN262-2000 đường cong lún thoãi hơn khi tính theo Plaxis.
Kết luận 2 phương pháp tính toán:
Tính toán độ lún trên phần mềm Plaxis và tính theo 22TCN262 – 2000 có độ lún chênh lệch nhỏ, độ cố kết xấp xỉ nhau, thời gian chờ cố kết chênh lệch không lớn . Qua đó có thể dùng Plaxis để tính toán cho các tuyến quy hoạch có thể được xây dựng trong tương lai.
3.1.4. Đề xuất các giải pháp xử lý
Phương pháp I: Đào một phần đất yếu + vải địa kỹ thuật.
Phương pháp II :Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng bấc thấm)
3.1.5. Kiểm toán ổn định – lún
3.1.5.1 Xử lý bằng phương pháp đào một phần đất yếu + vải địa đối với mục 3.1.3.3 không thỏa mãn ổn định – lún theo 22TCN 262-2000.
- Tuyến D16: Mặt cắt 1-1, đoạn nút giao N8 – Hùng Vương
Hình 3.9Mô hình xử lý đào một phần đất yếu + vải địa đoạn nút giaoHùng Vương – N8.
Hình 3.10 Ổn định đắp trực tiếp
Hình 3.11Biểu đồ lún tại MC1-1, đoạn nút giao N8 – Hùng Vương
Đánh giá: Độ ổn định khi gán tải trọng xe là 1.121, biểu đồ ổn định có xu hướng tăng dần. Tốc độ lún lớn nhất theo phương đứng 1.89 ( mm/ng.d), theo phương ngang 0.11(mm/ng.d). Độ lún cuối cùng khi áp lực nước bằng 1kN/m2 là 63.4cm, biểu đồ lún, lún nhanh ở giai đoạn đầu (giai đoạn đắp nền đường)
Kết luận: Biện pháp xử lý đào một phần đất yếu + vải địa kỹ thuật với tuyến D16 MC1-1, đoạn nút giao N8- Hùng Vương Không Đạt độ ổn định- lún cho phép theo 22TCN262-2000, cần có biện pháp để tăng ổn định khi đắp nền đường.
3.1.5.2: Xử lý đối với trường hợp không thỏa mãn mục 3.1.5.1
- Tuyến D16: Mặt cắt 1-1, đoạn nút giao N8 – Hùng Vương
a: / Tính toán dựa trên phần mềm PLAXIS.
Xử dụng bấc thấm DVI khoảng cách giữa các bấc thấm 1.4m chiều sâu cắm bấc 19m(theo chiều sâu ứng suất tác dụng nền đường ) + 2 lớp vải địa kỹ thuật vải địa có cường độ chịu kéo 25kN/m
Hình 3.12. Mô hình tính toán tuyến D16
Hình 3.13. Ổn định các giai đoạn tính toán tuyến D16
Hình 3.14Biểu đồ lún khi dung bấc thấm tại điểm tim đường tuyến D16
Đánh giá:
– Khi dùng phương pháp xử lý bằng bấc thấm ổn định khi gán tải trọng xe : 1.401, biểu đồ ổn định có xu hướng tăng dần;
– Tốc độ lún max theo phương ngang 3.774 (mm/ ngđ), tốc độ lún max theo phương dọc là 5.6 (mm/ngđ);
– Độ lún cuối cùng khi áp lực nước bằng 1kN/m2 là 53.37, biểu đồ lún có xu hướng lún nhanh ở thời gian đầu, thời gian để nước trong đất đạt được độ cố kết khi áp lực nước <1 kN/m2 cần 475 ngày.
Kết luận: Biện pháp xử lý bằng bấc thấm + 2 lớp vải địa đảm bảo ổn định và tốc độ lún theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000. Vậy mặt cắt 1-1, đoạn nút giao N8 – Hùng Vương Đạt độ ổn định cho phép và tốc độ lún theo ngày đêm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
– Đánh giá sơ bộ nền đất tại trung tâm thành phố Trà Vinh chủ yếu là nền đất yếu, phổ biến nhất là các loại đất yếu như bùn sét, bùn sét pha, sét pha và sét trạng thái dẻo chảy đến chảy, có nơi kẹp cát, cát pha, một số nơi gặp đất sét, sét pha trạng thái dẻo cứng – dẻo mềm, chiều sâu dao động từ 6-40m;
– Dựa vào bản đồ địa chất đã lập, có thể xuất được các mặt cắt địa chất bất kỳ trong khu vực nghiên cứu kèm theo các chỉ tiêu cơ lý để phục vụ cho công tác kiểm toán ổn định – lún cho các công trình giao thông trên địa bàn Tp Trà Vinh. Tuy nhiên do CSDL hiện có khá khiêm tốn và tập trung chủ yếu ở vùng trung tâm nên độ chính xác phụ thuộc mật độ lỗ khoan từng khu vực. Chẳng hạn các tuyến GT thuộc phường 1, 2, 3, 5 có số liệu tương đối nhiều;
– Có thể đồng bộ kết quả nghiên cứu lên trên Google Earth, đây là một cách quản lý dữ liệu online, giúp mọi người có thể dễ dàng tra cứu thông tin, phục vụ nhiều công tác khác nhau (xây dựng, tư vấn, quản lý…). Những dữ liệu có thể đồng bộ với Google Earth như bản đồ địa chất vùng nghiên cứu; bản đồ sự phân bố các lỗ khoan địa chất; bản đồ phân vùng địa chất; các thông tin về tên của các lớp địa chất, các chỉ tiêu cơ lý các lớp địa chất… Vậy việc đồng bộ các dữ liệu này với Google Earth là một sản phẩm rất mới và hiệu quả;
– Các mặt cắt địa chất kèm theo số liệu địa chất cơ lý của lớp địa chất có thể phục vụ giai đoạn quy hoạch, lập dự án, thậm chí là giai đoạn thiết kế kỹ thuật, … giảm chi phí đầu tư khảo sát địa chất công trình trong vùng trung tâm TP Trà Vinh;
– Qua kiểm tra ổn định – lún cho tuyến D16, việc ứng dụng bản đồ để xuất mặt cắt dọc đại chất cho thấy rất nhanh chóng, thuận lợi khi kết hợp phần mềm Plaxis để kiểm toán các giải pháp xử lý nền đường trên nền đất yếu
Kiến nghị.
– Sau quá trình nghiên cứu, nghiên cứu nhận thấy khả năng tạo ra giá trị thực tế cho xã hội, cho các cá nhân của đề tài là rất lớn nếu nó được áp dụng thực tế. Vì vậy mô hình này cần được bổ sung, hoàn thiện trong tương thời gian tới. Nhược điểm của phần mềm đó là nếu dữ liệu địa chất ( các lỗ khoan địa chất ) quá ít và không đều sẽ khiến tính chính xác của nó không được đánh giá cao. Vì vậy hướng phát triển đề tài nghiên cứu là đề nghị bổ sung thêm các lỗ khoan địa chất, nó là cơ sở giúp cho kết quả xuất mặt cắt đại chất dọc các tuyến đường chính xác hơn;
– Nên có sự kiểm chứng thực tế ở hiện trường. Cụ thể là tiến hành khoan mẫu một vài địa điểm rồi so sánh kết quả xuất ra được trong phần mềm. Đây là bước rất quan trọng tạo nên sự tin cậy và tính khả thi của mô hình trước khi áp dụng thực tế. Vấn đề này lẽ ra nên làm trong phần đề tài nghiên cứu này nhưng với lý do tài liệu thực tế để đối chiếu chưa có (do vấn đề bảo mật tài liệu của khu vực…) , kinh phí nên chưa thể thực hiện được;
– Việc xử lý mới chỉ áp dụng cho vùng trung tâm TP do số lượng hố khoan vùng ngoài trung tâm còn thiếu nên về sau sẽ thu thập thông tin các lỗ khoan để có thể lập một vùng xử lý rộng lớn hơn;
– Hiện tại hố khoan tại tim đường cũ chưa có số liệu, nên cần bổ sung để việc tính toán tuyến cải tạo nâng cấp chính xác hơn.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\CONG TRINH GIAO THONG\HUYNH HONG\TOM TAT
