Nghiên cứu ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu gia cố bằng cọc xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải Tỉnh Trà Vinh
Xỉ than là một trong số các chất thải rắn sinh ra trong quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện. Nếu không có giải pháp xử lý triệt để, ngoài việc cần đến hàng nghìn hecta đất để chôn lấp, xỉ than còn là nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.
Tại tỉnh Trà Vinh cũng được đầu tư xây dựng dự án Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 và đang xây dựng 3 nhà máy nhiệt điện mới. Như vậy, khi các dự án vận hành sẽ thải ra môi trường lượng xỉ than rất lớn.
Trà Vinh đang từng bước phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Trong đó hệ thống đường giao thông được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn. Tuy nhiên địa chất dưới nền đường đắp thường rất phức tạp, gồm nhiều lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt. Để xây dựng nền đường đắp trên nền đất yếu này chúng ta cần phải có biện pháp gia cố để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Trong nhiều phương pháp gia cố đất thì cọc vật liệu rời đã và đang được ứng dụng khá phổ biến. Các thiết bị thi công cũng khá phổ biến.
Từ thực tế hiệu quả giải pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc vật liệu rời và nhằm tận dụng nguồn thải xỉ than từ Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải, việc Nghiên cứu ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu gia cố bằng cọc xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải, Tỉnh Trà Vinh là cần thiết.
– Phân tích lý thuyết tính toán cọc vật liệu rời trong gia cố nền đường đắp trên nền đất yếu.
– So sánh kết quả tính toán theo lý thuyết, thí nghiệm trong phòng, phần mềm mô phỏng. Từ đó đánh giá sức chịu tải, biến dạng, sự phân bố ứng suất của đất nền được gia cố bằng cọc xỉ than và kiến nghị kết quả đạt được.
– Triển khai ứng dụng vật liệu xỉ than làm cọc vật liệu rời tăng cường sức chịu tải nền đường đắp trên nền đất yếu của tỉnh Trà Vinh.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
– Nguồn thải xỉ than từ Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải.
– Cọc xỉ than và nền đất yếu dưới nền đường đắp tại tỉnh Trà Vinh.
– Ứng dụng xỉ than làm cọc vật liệu rời xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu.
– Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm và mô phỏng số để đánh giá sức chịu tải, biến dạng của đất nền được gia cố bằng cọc xỉ than.
– Nghiên cứu tổng quan: thu thập các bài báo, tài liệu của các tác giả trong và ngoài nước; các dự án liên quan đến đề tài.
– Nghiên cứu lý thuyết tính toán cọc vật liệu rời.
– Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than và nền đất yếu.
– Xây dựng mô hình thực nghiệm sự làm việc cọc xỉ than trong phòng thí nghiệm.
– Mô phỏng số trên phần mềm Plaxis để phân tích, đánh giá.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
– Việc nghiên cứu sử dụng nguồn thải xỉ than từ Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải để làm cọc vật liệu rời gia cố nền đường đắp trên nền đất yếu nhằm tăng sức chịu tải của nền đất, tăng cường sự ổn định cho công trình.
– Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được dùng để định hướng thiết kế cho công trình gia cố nền đất yếu, với giá thành tương đương hoặc thấp hơn các loại vật liệu khác (cọc cát, cọc đá dăm…).
– Bên cạnh đó, việc sử dụng giải pháp này có thể tận dụng được nguồn vật liệu địa phương, giải quyết một phần ô nhiễm môi trường do quá trình vận hành nhà máy nhiệt điện Duyên Hải thải ra.
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng giải pháp cọc vật liệu rời
Chương 2: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cọc xỉ than và của nền đất yếu dưới nền đường đắp.
Chương 3: Mô hình hóa sự làm việc của cọc xỉ than trên mô hình thực nghiệm và mô hình số bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation
Chương 4: Ứng dụng cọc xỉ than gia cố nền đường đắp trên nền đất yếu công trình Đường Mậu Thân, TP. Trà Vinh
Kết luận và kiến nghị
TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẢI PHÁP CỌC VẬT LIỆU RỜI
Cọc vật liệu rời cấu tạo chủ yếu là cát hoặc đá (cuội sỏi) dùng để cải tạo nền đất yếu. Kết quả là, độ bền và khả năng chịu tải của đất hỗn hợp có thể được tăng lên, đồng thời tính nén lún giảm xuống. Mặt khác nó còn giảm được ứng suất phát sinh trong các cọc vật liệu rời. Thành phần của cọc vật liệu rời có tính thấm cao hơn, nên chúng còn có tác dụng đẩy nhanh độ lún cố kết và giảm đến mức tối thiểu các trị số lún sau thi công.
Những phương pháp thi công cọc vật liệu rời [1],[2] [3]
a. Phương pháp rung và lèn chặt
b. Phương pháp rung và thay thế
c. Phương pháp rung động kết hợp
d. Phương pháp khoan có ống bao
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẢI PHÁP CỌC VẬT LIỆU RỜI
CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC VẬT LIỆU RỜI
Tổng quan tính toán và cơ chế làm việc cọc vật liệu rời
Cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong lớp đất yếu đồng nhất
Cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong tầng đất yếu không đồng nhất
Cơ chế phá hoại của nhóm trụ vật liệu rời trong lớp đất yếu đồng nhất
Xác định sức chịu tải cọc vật liệu rời khi gia cố nền đất yếu
a. Khả năng chịu tải giới hạn cọc đơn
Theo Vesic 1972 phá hoại phình ra hai bên xác định như sau:
Cọc bị phá hoại cắt, Madhav và Vitkar (1978) xác định như sau:
Cọc bị chọc thủng, Aboshi và cộng sự (1979) xác định như sau:
b. Khả năng chịu tải giới hạn theo nhóm cọc
Các phương pháp tính toán độ lún nền gia cố bằng cọc vật liệu rời
a.Phương pháp cân bằng tương đương
Độ lún cố kết trong phạm vi lớp đất gia cố bằng cọc vật liệu rời:
b. Phương pháp phần tử hữu hạn
Độ cố kết chung của nền có thể xác định theo phương trình sau:
Độ lún cố kết thứ cấp dựa trên công thức sau:
MỘT SỐ CÔNG THỨC TÍNH TOÁN VẬT LIỆU RỜI
Công thức tính toán sức chịu tải cọc vật liệu rời
Công thức tính lún đối đối với nền gia cố bằng cọc vật liệu rời
Trong các biện pháp cải thiện đất, cọc vật liệu rời là biện pháp mang lại hiệu quả cao. Chúng trước hết giúp gia cường đất nền và tiêu thoát nước, sau đó còn giúp cải thiện sức bền và đặc điểm biến dạng của đất yếu sau khi thi công và tái cố kết. Cọc vật liệu rời tiêu thoát nhanh lượng áp lực nước lỗ rỗng dư, làm việc như những kết cấu khoẻ, cứng chắc và chịu được ứng suất cắt lớn hơn. Cọc vật liệu rời có thể áp dụng cho nhiều kiểu loại đất khác nhau, từ các loại cát rời đến đất sét yếu và các loại đất hữu cơ. Cọc vật liệu rời được thi công bằng nhiều biện pháp khác nhau thùy theo thiết bị và năng lực máy thi công.
Cọc vật liệu rời rất kinh tế kể cả khi phải chịu tải ở mũi cọc. Khả năng chịu tải của nền được cải thiện từ 50 đến 100% trong khi độ lún giảm đi 3-4 lần.
XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ CỌC XỈ THAN
GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH THỬ NGHIỆM THUỘC VÙNG NGHIÊN CỨU
Đặc trưng địa chất đất yếu tại khu vực TP Trà Vinh là trầm tích Holocen; do đó các tầng địa chất trong khu vực thành phố là tương đối đồng nhất. Công trình Đường Mậu Thân thành phố Trà Vinh đang triển khai thi công trong giai đoạn làm đề tài, nên thuận lợi trong việc lấy mẫu đất yếu để thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cũng như mô phỏng thực nghiệm trong phòng. Từ đó khu vực nghiên cứu của đề tài là nền đất yếu dưới nền đường đắp thuộc dự án Đường Mậu Thân.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của các lớp đất được xác định theo Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình Khu đô thị mới phía đông đường Mậu Thân thành phố Trà Vinh.
CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA XỈ THAN
Hiện nay chưa có tiêu chuẩn, quy trình về thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than. Do đó, tác giả sử dụng các tiêu chuẩn thí nghiệm của các vật liệu tương đồng về tính chất để xác định các chỉ tiêu của xỉ than. Nguồn vật liệu thí nghiệm được lấy từ bãi thải Nhà máy nhiệt điện duyên hải tỉnh Trà Vinh. Số lượng mẫu xỉ than được lấy ngẫu nhiên 2 đợt
Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than
Các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than được xác định trong phòng thí nghiệm và được trình bày như sau :
Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của xỉ than
| Chỉ tiêu cơ lý | Đơn vị | Giá trị |
|---|---|---|
| Góc ma sát trong | 0 | 33054’ |
| Lực dính | Kg/cm2 | 0,064 |
| Dung trọng tự nhiên | g/cm3 | 1,86 |
| Dung trọng khô | g/cm3 | 1,418 |
| Khối lượng riêng | g/cm3 | 2,192 |
| Mô đun đàn hồi E1-2 | Kg/cm2 | 94,984 |
Các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than được xác định qua các thí nghiệm trong phòng và được tổng hợp như sau:
Áp dụng tiêu chuẩn thí nghiệm thành phần hạt của cấp phối đá dăm (TCVN 7572-2:2006) để thí nghiệm thành phần hạt của xỉ than.
b. Thí nghiệm dung trọng hạt của xỉ than:
Áp dụng tiêu chuẩn thí nghiệm dung trọng hạt của đất (TCVN4195-2012). Kết quả xem Phụ lục 1 (Bảng PL 1.1)
c. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn
Áp dụng tiêu chuẩn đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm (22TCN 333-06) Kết quả xem Phụ lục 1 (Bảng PL 1.2 và Bảng PL 1.3)
d. Thí nghiệm xác định sức chống cắt của xỉ than ở máy cắt phẳng.
Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 4199-1995. Kết quả xem Phụ lục 1 (Bảng PL 1.4)
e. Thí nghiệm xác định tính nén lún của xỉ than khi nén một trục không nở hông.
Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát (điển hình)
CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU
Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được xác định theo Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình Khu đô thị mới phía đông đường Mậu Thân thành phố Trà Vinh.
ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CỌC XỈ THAN
Đặc trưng cơ học của cọc xỉ than
Qua các kết quả thí nghiệm các đặc trưng cơ lý của xỉ than ta vẽ các biểu đồ quan hệ thể hiện các đặc trưng cơ học.
Hình 2.8: Biểu đồ thành phần hạt xỉ than
Nhận xét : Qua thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than so sánh với chỉ tiêu của cát điển hình, ta thấy xỉ than có kích cỡ đa dạng, cỡ hạt lớn nhất là 25mm và nhỏ nhất là 0,075mm. Hệ số không đồng nhất Cu = 0,03 và Hệ số đường cong phân bố thành phần hạt Cc = 5,68. Phần nhiều cỡ hạt bằng cỡ hạt cát, các chỉ tiêu về lực dính tương đương với cát, góc ma sát trong và mô đun biến dạng tương đối lớn hơn cát.
Theo báo cáo kết quả chỉ tiêu cơ lý của nền đất yếu dưới đường Mậu Thân; lớp 2 là lớp đất yếu, có cường độ chịu lực thấp, tính nén lún cao, khả năng biến dạng lớn, lớp đất này cần phải có biện pháp xử lý khi thiết kế nền, móng công trình trên lớp đất này. Lớp 3 là lớp đất tương đối tốt hơn lớp 2, có cường độ chịu lực tương đối thấp, tính nén lún tương đối cao, khả năng biến dạng tương đối lớn. Địa tầng khu vực khảo sát phân bố tương đối đồng đều.
Xây dựng nền đường đắp trên lớp đất yếu này cần phải có biện pháp gia cố. Trong đó biện pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc vật liệu rời là một trong các biện pháp mang lại hiệu quả cao
Các đặc trưng cơ lý của cọc xỉ than gần giống với cọc cát: thành phần hạt tương tự như cát thô; góc ma sát trong ở trạng thái đầm chặt K95, bão hòa nước là 33054’ tương tự như cát vàng. Trên cơ sở đó ta có thể sử dụng xỉ than để để làm vật liệu cho cọc vật liệu rời để gia cố nền đất yếu như cọc cát. Đồng thời dung trọng hạt (g = 2,192g/cm3) lại nhỏ hơn cát rất nhiều, có thể xem như vật liệu nhẹ, giảm tải trọng khi xử lý nền đất yếu. Về thiết bị thi công cọc xỉ than ta hoàn toàn có thể sử dụng thiết bị thi công cọc cát để thi công.
Để thấy được mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của nền đất yếu khi gia cố bằng cọc xỉ than phù hợp với điều kiện làm việc thực tế, ở chương tiếp theo tác giả sẽ xây dựng mô hình thực nghiệm rút gọn về sự làm việc của cọc xỉ than trong nền đất yếu.
MÔ HÌNH HÓA SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC XỈ THAN TRÊN MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ MÔ HÌNH SỐ BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION
Để hiểu rõ hơn về cơ chế làm việc của cọc xỉ than trong nền đất yếu, tác giả xây dựng mô hình thực nghiệm rút gọn tỉ lệ 1/10 so với thực tế, sau đó mô hình số bằng phần mềm Plaxis 3D Fondation. Từ đó xây dựng mối quan hệ ứng suất – biến dạng của nền đất yếu được gia cố bằng cọc xỉ than.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC XỈ THAN GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
c. Thiết bị đọc số liệu thí nghiệm
d. Vật liệu thí nghiệm thí nghiệm
a. Đắp đất yếu trong vào hộp thí nghiệm:
– Đắp đất yếu từng lớp với chiều dày 10cm đến độ chặt yêu cầu.
– Tạo lỗ với đường kính 5cm và chiều sâu 60cm.
– Lắp đặt 4 ống nhựa và dây cáp kết nối với các strain gages
– Rót xỉ than vào cọc, đầm chặt từng lớp đạt K=0.95.
c. Lắp ráp các thiết bị thí nghiệm
– Lắp ráp các bàn nén trên đầu cọc
– Bố trí strain gages và Tranducer để đo chuyển vị.
d. Gia tải và xuất kết quả thí nghiệm:
– Cấp tải trọng cho mỗi lần gia tải bằng 195g (cọc đơn) và 8940g (nhóm cọc).
– Quá trình tăng cấp tải trọng khi dữ liệu biến dạng thay đổi không đáng kể.
e. Nguyên lý tính toán và xử lý số liệu:
Hình 0.13: Quá trình mô phỏng và đọc số liệu
XÂY DỰNG QUAN HỆ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG, SỨC CHỊU TẢI THEO MÔ HÌNH CỌC ĐƠN
Hình 0.14: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng theo mô hình cọc đơn
XÂY DỰNG QUAN HỆ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG, SỨC CHỊU TẢI THEO MÔ HÌNH NHÓM CỌC (4 CỌC)
Hình 0.15: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng mô hình nhóm cọc (1)
Nhận xét kết quả :
– Từ biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng, nhận thấy biến dạng lớn nhất và phát triển nhanh nhất tại vị trí đỉnh cọc. Đối với các vị trí mũi cọc biến dạng và thay đổi rất nhỏ.
– Biến dạng của nhóm cọc lớn hơn so với cọc đơn. Nguyên nhân do ảnh hưởng của hệ số nhóm cọc.
– Từ kết quả của mô phỏng vật lý kết hợp với mô phỏng số để thấy được nguyên nhân phá hoại của cọc trong nền đất yếu đồng nhất chủ yếu là do phình đầu cọc.
QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG SỐ VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VIỆC CỌC XỈ THAN GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU ỨNG VỚI MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
Đặc trưng vật liệu cho mô hình
Lập mô hình hình học, gán điều kiện biên, gán đặc trưng vật liệu nền đất yếu[5]
Mô hình tính toán bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation V1.6
a. Mô hình tính toán cọc đơn bằng phần mềm Plaxis 3D
b. Mô hình tính toán nhóm cọc bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation V1.6
So sánh kết quả quan hệ ứng suất biến dạng giữa mô hình thực nghiệm và mô hình số:
Hình 0.31: So sánh kết quả biểu đồ quan hệ lực chuyển vị giữa mô hình thực nghiệm và mô hình số của nền đất yếu khi gia cố cọc đơn
Từ biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị, nhận thấy đường cong giữa mô hình thực nghiệm và mô phỏng số bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation khi gia cố nền đất yếu bằng cọc đơn xỉ than là tương đồng. Do vậy có thể sử dụng các thông số và kết quả của quá trình mô phỏng số để tính toán cho các bài toán thực tế.
Biến dạng chủ yếu xẩy ra ở vị trí đỉnh cọc và vị trí 1/4 chiều dài cọc, các vị trí giữa cọc trở xuống có biến dạng rất nhỏ. Từ đó đánh giá được nguyên nhân phá hoại cọc chủ yếu là do phình đầu cọc. Để khắc phục tình trạng này thường hay sử dụng lớp đệm cát hoặc lớp vải địa kỹ thuật trên hệ thống cọc vật liệu rời nhằm phân bố ứng suất phần đỉnh cọc.
– Quá trình mô hình thực nghiệm trong phòng và mô hình số thấy được mối quan hệ quan hệ ứng suất – biến dạng, nhận thấy biến dạng lớn nhất và phát triển nhanh nhất tại vị trí đỉnh cọc. Từ đó đánh giá được nguyên nhân phá hoại cọc chủ yếu là do phình đầu cọc.
– Từ đường cong ứng suất – biến dạng giữa cọc đơn và nhóm cọc, thấy được ảnh hưởng của hệ số nhóm cọc đến khả năng chịu tải của nền đất yếu khi gia cố cọc xỉ than. Vấn đề này thể hiện rõ trong quá trình mô phỏng số ở chương sau
– Ở chương tiếp theo tác giả tiến hành xây dựng mô hình sự làm việc của cọc xỉ than gia cố nền đường đắp trên nền đất yếu thuộc dự án Đường Mậu Thân trên phần mềm Plaxis 3D Foundation. Từ đó có thể đánh giá, đưa ra biện pháp gia cố phù hợp nhất.
ỨNG DỤNG CỌC XỈ THAN GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG MẬU THÂN, TP. TRÀ VINH
Sau khi so sánh kết quả giữa mô phỏng vật lý và mô phỏng số cho kết quả tương đồng, với những đánh giá ở chương 3 tác giả đề xuất áp dụng cọc xỉ than gia cố nền đất yếu dưới nền đường đắp công trình đường Mậu Thân, TP. Trà Vinh. Tác giả mô phỏng số sự làm việc của cọc xỉ than gia cố nền đất yếu với đường kính và khoảng cách cọc thay đổi để đưa ra kết quả tối ưu nhất áp dụng cho đường Mậu Thân. Và so sánh kết quả đạt được với các phương pháp gia cố nền khác.
qUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG SỐ VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VIỆC CỌC XỈ THAN GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU ỨNG VỚI MÔ HÌNH THỰC TẾ
Tiến hành mô phỏng dựa trên các số liệu thực tế trên đường Mậu Thân, TP. Trà Vinh như sau:
- Nền đường đắp trên đường Mậu Thân cao trung bình H = 2m (cao độ +2). Bề rộng mặt đường B = 11m;
- Mực nước ngầm xấp xỉ mặt đất tự nhiên (cao độ +0);
- Các chỉ tiêu cơ lý của nền đất yếu dưới đường Mậu Thân lấy theo số liệu khảo sát thực tế, được tổng hợp ở bảng trên.
- Các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than được lấy theo kết quả thí nghiệm ở chương 2
- Tải trọng xe.: q = 13.2 KN/m2
Mô phỏng mối quan hệ lực – chuyển vị bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation khi chưa gia cố cọc xỉ than :
a. Thiết lập tổng thể bài toán, khai báo kết cấu, tải trọng và tính chất vật liệu
c. Thiết lập giai đoạn tính toán
d. Kết quả biến dạng của đất nền
e. Kết quả biểu đồ quan hệ lực chuyển vị
Hình 4.5. Kết quả biểu đồ quan hệ lực chuyển vị của đất nền chưa gia cố cọc xỉ than trên Plaxis 3D Foundation
Theo kết quả phân tích trên, khi nền đất đường Mậu Thân không được gia cố, sức chịu tải của đất nền không đảm bảo khả năng chịu tải, dẫn đến đất nền bị biến dạng lớn. Độ lún lớn nhất xẩy ra ở vị trí tim đường với S = 0.616m > Sgh = 0,3m, không đảm yêu cầu theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000
Mô phỏng mối quan hệ lực – chuyển vị bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation khi gia cố cọc xỉ than :
Theo kết quả nghiên cứu trước, chiều dài gia cố phù hợp cho nền đất tại khu vực nghiên cứu L = 7m. Do vậy để giảm số lượng mô phỏng tác giả cố định chiều dài cọc xỉ than L = 7m; thay đổi đường kính (D = 0.4 – 0.6m) và khoảng cách cọc (a = 3D – 6D)
Kết quả mối quan hệ được thể hiện ở bảng tổng hợp sau:
Bảng 4.2. Độ lún nền đường khi gia cố bằng cọc xỉ than theo các trường hợp tính toán [Sgh] = 0,3m
| Đường kính cọc | Khoảng cách cọc | |||
| 3D | 4D | 5D | 6D | |
| D = 0,4m | 70.5 | 102.4 | 159.7 | 168.2 |
| D = 0,5m | 76.5 | 98.3 | 175.4 | 205.0 |
| D = 0,6m | 70.8 | 96.8 | 123.4 | 168.1 |
a. Thiết lập tổng thể bài toán, khai báo kết cấu, tải trọng và tính chất vật liệu
c. Thiết lập giai đoạn tính toán
d. Kết quả biến dạng của đất nền
e. Kết quả biểu đồ quan hệ lực chuyển vị
XÂY DỰNG QUAN HỆ ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH THEO ĐƯỜNG KÍNH VÀ KHOẢNG CÁCH CỌC
Với kết quả sau khi kiểm tra ổn định và độ lún của nền đất yếu gia cố cọc xỉ than tác giả xây dựng được các biểu đồ quan hệ giữa độ lún với đường kính và khoảng cách cọc xỉ than như sau:
Hình 4.11. Biểu đồ quan hệ độ lún công trình với đường kính và khoảng cách cọc
– Độ lún của công trình lần lượt giảm xuống khi ta tăng đường kính cọc xỉ than (D = 0,4m, D = 0,5m, D = 0,6m).
– Độ lún tăng lên khi tăng lần lượt khoảng cách cọc lên (3D, 4D, 5D, 6D)
– Độ lún tương ứng với đường kính và khoảng cách của các cọc là tương đối xấp xỉ nhau.
SO SÁNH SỨC CHỊU TẢI VÀ GIÁ THÀNH THI CÔNG CỌC CÁT VỚI CỌC XỈ THAN
So sánh sức chịu tải của nền đất yếu khi gia cố cọc cát và cọc xỉ than
Để có kết quả so sánh độ lún nền đất yếu khi gia cố cọc cát và cọc xỉ than, tác giả tiến hành mô phỏng số trong cùng một điều kiện ban đầu như với cọc xỉ than.
a. Quá trình và kết quả mô phỏng số gia cố nền đất yếu bằng cọc cát D = 0.5m; L = 7m và a = 3D = 1.5m
b. So sánh độ lún của nền đất yếu khi gia cố bằng cọc cát và cọc xỉ than
Hình 0.15 : Biểu đồ quan hệ độ lún công trình với đường kính cọc
Nhận xét :
Cả hai trường hợp sử dụng cọc cát và cọc xỉ than để gia cố nền đất yếu đều đảm bảo độ lún của nền đất yếu dưới nền đường đắp trong phạm vi Sgh cho phép. Độ lún càng lớn khi tăng dần khoảng cách cọc.
Độ lún nền đất trong hai trường hợp gia cố là tương đồng nhau. Do vậy có thể sử dụng cọc xỉ than thay thế cho cọc cát khi gia cố nền đất yếu mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực.
So sánh giá thành thi công cọc cát và cọc xỉ than
Giá thành để thi công 100m cọc xỉ than với đường kính cọc 430m thấp hơn cọc cát với cùng kích thước là 24%. Vì vậy có thể khẳng định sử dụng xỉ than làm cọc vật liệu rời sẽ giảm chi phí so với cọc cát – loại vật liệu ngày càng khan hiếm.
Tác giả đã mô hình hoá sơ đồ tính toán gia cố nền đất yếu với các trường hợp tính toán đường kính cọc D = 0,4m; 0,5m; 0,6m ứng với khoảng cách cọc tương ứng cọc a = 3D; 4D; 5D; 6D. Qua đó đã phân tích được sự làm việc của cọc xỉ than với các đường kính và mật độ cọc khác nhau.
Khi ta giảm khoảng cách cọc với các trường hợp định trước thì độ lún công trình giảm dần; khoảng cách cọc tối ưu là 3D.
Qua kết quả mô phỏng, ta lựa chọn giải pháp hợp lý gia cố cọc xỉ than cho nền đường đắp dự án Khu đô thị mới phía đông đường Mậu Thân thành phố Trà Vinh với chiều dài cọc L= 7m. Đường kính 0.5m và khoảng cách cọc 1.5m
Qua so sánh kết quả độ lún nền đường đắp trên nền đất yếu khi gia cố cọc xỉ than và cọc cát cho kết quả tương đồng nhau, có thể sử dụng cọc xỉ than để thay thế cọc cát khi gia cố nền đất yếu
Mặt khác giá thành để thi công 100m cọc xỉ than với đường kính cọc 430m thấp hơn cọc cát với cùng kích thước là 24%. Vì vậy có thể khẳng định sử dụng xỉ than làm cọc vật liệu rời sẽ giảm chi phí so với cọc cát – loại vật liệu ngày càng khan hiếm.
Qua việc khảo sát mô hình tính ta có thể thấy rằng đường kính và khoảng cách cọc tương ứng sẽ cho biến dạng là xấp xỉ nhau. Do vậy trong giai đoạn thiết kế, việc tính toán tìm ra đường kính và khoảng cách của cọc sao cho biến dạng của nền trong giới hạn cho phép với từng loại công trình với độ ổn định cao, đồng thời thỏa mãn điều kiện kinh tế là cần thiết.
– Quá trình phân tích, thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xỉ than từ Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải nhận thấy: Thành phần hạt của xỉ than tương tự như cát thô nên phù hợp với các thiết bị thi công cọc cát. Dung trọng hạt khá nhỏ (2.193g/cm3) so với các vật liệu gia cố hiện nay, thuận lợi cho công tác vận chuyển và thi công, giảm tải trọng bản thân cọc.
– Qua kết quả thí nghiệm thành phần hóa học của xỉ than, nhận thấy xỉ than không chứa các chất phóng xạ và hàm lượng kim loại nặng nhỏ hơn quy định của bộ Tài nguyên & môi trường. Do đó không ảnh hưởng đến sức khỏe của con người khi vận chuyển và thi công
– Tác giả đã mô hình hoá sơ đồ tính toán gia cố nền đất yếu với các trường hợp tính toán đường kính cọc kính cọc D = 0,4m; 0,5m; 0,6m ứng với khoảng cách cọc a = 3D; 4D; 5D; 6D. Qua đó để phân tích được sự làm việc của cọc xỉ than ở các đường kính và khoảng cách cọc tương ứng khác nhau. Dựa trên mô hình đề xuất luận văn đã tìm được mối quan hệ giữa độ lún với đường kính cọc và khoảng cách cọc. Xác định độ biến dạng của đất nền khi xử lý gia cố bằng phương pháp cọc xỉ than, làm cơ sở lựa chọn kích thước hợp lý cho cọc để gia cố nền đất yếu. Tác giả đề xuất lựa chọn cọc xỉ than có chiều dài L =7m và đường kính cọc D = 0,5m để gia cố cho nền đường đắp dự án Khu đô thị mới phía đông đường Mậu Thân – thành phố Trà Vinh. Giải pháp lựa chọn thỏa mãn điều kiện về độ lún đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế cao.
– Qua quá trình nghiên cứu có thể khẳng định: Hoàn toàn có thể sử dụng xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải làm cọc gia cố nền đường đắp trên nền đất yếu cho tỉnh Trà Vinh. Qua kết quả so sánh với cọc cát, thì sức chịu tải của cọc cát và xỉ than là tương đồng nhau, nhưng hiệu quả kinh tế lại cao hơn, do vậy có thể sử dụng cọc xỉ than thay cho cọc cát. Tùy thuộc vào loại đất khác nhau để chọn đường kính và khoảng cách cọc cho phù hợp với giá thành và thiết bị thi công.
– Hiện nay xỉ than thải ra từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải chưa được sử dụng nên bị chôn lấp. Vì vậy khi sử dụng loại vật liệu này để làm cọc gia cố nền đất yếu ta có thể liên hệ để sử dụng và chỉ tốn chi phí vận chuyển. Dựa vào định mức dự toán thi công được Bộ Xây dựng ban hành, tác giả đã lập dự toán so sánh giữa cọc cát và cọc xỉ than. Qua đó dễ dàng nhận thấy chi phí để thi công 100m cọc xỉ than có đường kính cọc 430mm thấp hơn 24% so với cọc cát có cùng kích thước. Vì vậy có thể khẳng định sử dụng xỉ than làm cọc vật liệu rời sẽ giảm chi phí so với cọc cát.
– Luận văn đã nêu nổi bật được tính cần thiết, ý nghĩa thực tiễn của đề tài, góp phần đề xuất giải pháp xử lý tro, xỉ từ các nhà máy nhiệt điện, tác giả đề xuất giải pháp dùng cọc vật liệu rời sử dụng xỉ than để gia cố nền đất yếu nhằm đảm bảo vừa tiết kiệm năng lượng, vừa giải quyết bài toán tài nguyên, đảm bảo môi trường.
– Kết quả nghiên cứu đã được tổng hợp thành một bài báo khoa học và dự kiến đăng trên Tạp trí giao thông vận tải
Luận văn chỉ mô phỏng vật lý trong phòng thí nghiệm với một loại đất đồng nhất, chưa thí nghiệm cọc xỉ than gia cố nền đất yếu với nhiều lớp khác nhau.
Vì khối lượng mô phỏng lớn: luận văn chỉ mô phỏng số đất nền được gia cố cọc xỉ than với các đường kính nhỏ D = 0.4m; 0.5m; 0.6m. Chưa mô phỏng gia cố nền đất yếu bằng cọc xỉ than với đường kính lớn
Chưa có điều kiện đi sâu về nghiên cứu vật liệu cọc: thành phần hóa học, độ bền…Để từ đó có thể có những khuyến cáo khi sử dụng vật liệu xỉ than cho những vùng gần nguồn nước sinh hoạt.
Với kết quả nghiên cứu đạt được, tác giả đề xuất giải pháp kỹ thuật gia cố nền đất yếu bằng cọc xỉ than đối với các công trình có điều kiện địa chất tương đối yếu như dự án này thay cho các giải pháp gia cố khác với hiệu quả kinh tế không cao.
Trong quá trình thi công, phải thông qua kết quả quan trắc lún thực tế để đánh giá, so sánh với kết quả phân tích, tính toán để điều chỉnh các giải pháp cho phù hợp.
– Cần có nghiên cứu tiếp tục, sâu hơn các chỉ tiêu cơ – lý – hoá của xỉ than đặc biệt chỉ tiêu hóa học, độ bền vững của xỉ than trong môi trường đất yếu, có mực nước ngầm cao.
– Mô phỏng cọc xỉ than gia cố nền đất yếu qua nhiều lớp đất yếu khác nhau.
-Thi công thử nghiệm cọc xỉ than để xác định sức chịu tải thực tế của nền đất yếu khi gia cố cọc xỉ than.
– Khả năng mở rộng cho các công trình giao thông, công trình dân dụng tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
– Cần làm rõ hiệu quả kinh tế của cọc xỉ than gia cố nền đất yếu so với một số giải pháp gia cố khác.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\XAY DUNG CONG TRINH DD&DN\NGUYEN DUC THUAN
