Hội nghị quốc tế quản lý nguồn đất nớc Proceeding of the international Conference on management of the Land and Water Resovrces X Lí NN BNG CT T XI MNG MT GII PHP HP Lí CHO MểNG BN DU TRấN NN T YU Cement columns is an effective method for foundation of oil tank Nguyễn Anh Dũng/COFEC Tạ Minh Hoàng/COFEC Abstract Most of the oil storages have been built on the river and sea shore, where is suitable for product import and export But in those places the soft soil always create difficulties for foundation solutions Until now, traditional foundation solutions for tank are shallow stabilization by using the bamboo or timber piles with the combination of sand mat, vertical band drain with preloading or concrete pile Tthis report presents the application of cement column method as solution for mentioned above structures The first application has done in Can Tho Oil Storage The comparison with traditional methods shows that cement columns method is an suitable for this type of structure and bring the benefit from technical and economic effectiveness views Tóm tắt Phần lớn kho xăng dầu thờng đợc xây dựng khu vực đất yếu ven sông, biển thuận tiện cho việc nhập xuất Tuy nhiên đất yếu gây khó khăn cho việc thiết kế móng Cho đến giải pháp móng đợc sử dụng phơng pháp gia cố nông (cọc tre, tràm kết hợp với đệm cát), bấc thấm có gia tải trớc móng cọc bê tông cốt thép Báo cáo trình bày việc áp dụng phơng pháp cột đất xi măng để thiết kế phần móng cho công trình thuộc loại Kết thiết kế đợc áp dụng công trình Tổng kho xăng dầu Cần Thơ Trên sở so sánh với giải pháp thông thờng chứng tỏ phơng pháp cột đất xi măng phơng pháp phù hợp đem lại hiệu kinh tế, kỹ thuật I GII THIU CễNG TRèNH 1.1 Kết cấu công trình - Báo cáo mô tả kết thiết kế phần móng hạng mục công trình sau: Các bể chứa xăng dầu 3000 m3, có kết cấu thép Nắp bể có hệ dầm đỡ mái thép Đáy bể thép 1.2 Điều kiện tải trọng - Đờng kính bể : 21 m - Chiều cao: m - Tổng tải trọng kết cấu bể: 92.87 - Tổng tải trọng chất lỏng: 3000 - Lớp bê tông nhựa asfal dày 10 cm, tổng tải trọng lớp bê tông nhựa: 59 Lớp đệm cát đá 0.5 1.0 dày 80 cm Tải trọng phân bố lớp đệm cát : 1.67 t/m2 1.3 Điều kiện đất Trong chiều sâu 40 m, đất bao gồm lớp đất sau: a, Lớp cát hạt mịn san lấp, dày m b, Lớp sét nửa cứng, dày khoảng 2.0m, có tiêu sau: Hệ số rỗng e = 1.24, dung trọng tự nhiên: w = 17.2 KN/m3, lực dính c = 0.159 kg/cm2, góc ma sát = 10o c, Lớp bùn sét hữu cơ, dày 7.0m, có tiêu sau: Hệ số rỗng e = 2.02, dung trọng tự nhiên: w = 15.1 KN/m3, lực dính c = 9.6 KPa, góc ma sát = 2o, sức kháng cắt không thoát nớc = 15 kPa d, Lớp bùn sét, dày 22.0m, có tiêu sau: hệ số rỗng e = 1.3, dung trọng tự nhiên: w = 16.7 KN/m3, lực dính c = 12.5KPa, góc ma sát = 6o, sức kháng cắt không thoát nớc = 15 kPa e, Lớp cát pha dẻo, dày khoảng 10.0m, có tiêu sau: Hệ số rỗng e = 1.64, dung trọng tự nhiên: w = 15.7 KN/m3, lực dính c = 12.9KPa, góc ma sát = 4o f, Lớp sét cứng, lớp cuối khảo sát có tiêu sau: Hệ số rỗng e = 0.94, dung trọng tự nhiên: w = 17.5 KN/m3, lực dính c = 18.0KPa, góc ma sát = 7o Cột địa tầng đặc trng đợc trình bày hình 1.4 Điều kiện nớc dới đất Cách mặt đất thiên nhiên 0.9m II CC GII PHP CHO MểNG B DU 3000M3 Giải pháp đệm cát - cọc tràm 1.1 Nguyên lý thiết kế Giải pháp dựa nguyên lý thay lớp đất mặt (đén độ sâu phụ thuộc vào điều kiện đất nền, điều kiện tải trọng) lớp đệm cát lớp cọc tràm 1.2 Chiều sâu gia cố Nh biết sức chịu tải đất tăng theo độ sâu Chiều sâu tối thiểu để thực gia cố độ sâu ứng suất tải trọng tác dụng phải thoả mãn điều kiện sức chịu tải đất Chiều sâu lớn độ sâu tối thiểu phụ thuộc vào điều kiện thi công Kết tính toán ứng suất phân bố tải trọng công trình sức chịu tải đất theo độ sâu đợc trình bày bảng Bảng Kết xác định úng suất lòng đất sức chịu tải tơng ứng Độ sâu (m) z (t/m2 10 8.6 7.9 7.3 6.8 6.3 5.8 5.4 5.1 4.8 4.5 Sức chịu tải với Fs = (t/m3) 2.93 3.22 3.50 3.79 4.08 4.37 4.66 4.94 5.23 5.52 Dựa kết tính toán, cho thấy, độ sâu tối thiểu gia cố 9.0 m Với giải pháp đệm cát cọc tràm có lẽ chiều sâu lớn cho phép thực giải pháp này, dựa nguyên nhân: - Chiều dài cọc tràm khoảng m - Chiều sâu thực công tác đào đất lớn đất yếu khoảng - Kết tính toán cho thấy độ lún kết thúc độ sâu 30 m kể từ mặt đất thiên nhiên độ lún phần dới lớp gia cố 100.9 cm Sơ đồ gia cố đợc trình bày hình 2 Giải pháp cọc bê tông cốt thép 2.1 Nguyên lý thiết kế - Toàn tải trọng công trình đợc đa xuống lớp đất bên dới độ sâu 43m 2.2 Sức chịu tải cọc Sức chịu tải cọc 70 tấn/cọc với giá trị hệ số an toàn 1.25 Tổng số cọc sử dụng 52 cọc Cọc đợc bố trí với khoảng cách 2.6 m x 2.6 m, nên cọc làm việc độc lập Độ lún công trình độ lún cọc riêng giá trị khoảng 6.9 cm Phơng án đợc trình bày hình 3 Giải pháp cột xi măng đất 3.1 Bố trí cột Cột đợc bố trí dựa theo điều kiện cân chuyển vị cho tải trọng phân bố vào cột vào đất không vợt sức chịu tải vật liệu cột phần đất cha đợc gia cố Lới bố trí đợc trình bày hình Phía biên cọc đợc bố trí theo dạng để tăng khả chống trợt 3.2 Độ lún Độ lún công trình bao gồm độ lún khối gia cố (S1) độ lún phần đất dới khối gia cố (S2) S = S1 + S2 3.2.1 Độ lún khối gia cố A Nguyên lý tính toán: - Tải trọng gây lún khối gia cố giảm dần theo chiều sâu, ma sát bên khối tham gia - Biểu thức xác định độ lún nh sau: h.q S1 = a.Ecol + (1 a ).Esoil Trong đó: a Diện tích chiếm chỗ tơng đối cột gia cố diện tích tác dụng h Chiều dày lớp tính lún Es Esoil Mo dun biến dạng cột gia cố đất cha gia cố Theo thực nghiệm Es = 300 s (s cờng độ kháng cắt cột gia cố) Kết tính toán cho S1 = 6.2 cm Thời gian kết thúc giá trị độ lún đợc tính theo toán cố kết đối xứng trục 54 ngày 3.2.2 Độ lún dới đáy khối gia cố A Nguyên lý tính toán: - Chiều sâu xác định độ lún đợc kể từ đáy khối cột gia cố - Tải trọng đợc sử dụng để xác định độ lún đợc lấy theo tải trọng tính toán Trên thực tế bể chứa đầy Nên độ lún xác định lớn độ lún thực tế công trình - Tải trọng phân bố theo quy luật 2:1 Phơng trình phân bố ứng suất dới khối móng quy ớc đợc xác định nh sau: q * Dt z = ( Dt + z ) Trong đó: Dt - Đờng kính khối gia cố z- Độ sâu xác định ứng suất q Tải trọng tác dụng - Độ lún xảy vùng ảnh hởng đến độ sâu thoả mãn điều kiện: z 0.1 , * H Trong đó: H Chiều sâu vùng ảnh hởng kể từ đáy khối gia cố - Dung trọng đẩy đất Kết cho thấy độ lún S2 đạt giá trị khoảng 15cm Nh tổng độ lún công trình 20 cm, phần lớn giá trị độ lún S1 đợc kết thúc phần trình thử tải gây III So sánh phơng án Hiệu phơng án xem xét bảng dới Bảng 2: Bảng so sánh Các phơng án Cọc cừ tràm Cọc bê tông 726.221.127 đồng 1.021.007.843 đồng Kinh tế 100.9 cm 6.9 cm Độ lún Tiến độ thi công 75 ữ 90 ngày 30 ữ 45 ngày Cột xi măng đất 696.218.906 đồng 20 cm ữ 10 ngày IV Kết luận kiến nghị Với kết tính toán bên rút số kết luận sau: - Giải pháp đệm cát cọc tràm đảm bảo khả chịu tải đất - Độ lún công trình lớn kéo dài Nh trình sử dụng phải tiến hành kích bể để đảm bảo cho làm việc bình thờng cuả công trình Mặt khác với giá trị lún lớn, công trình dễ bị lún lệch - Việc thi công hố đào khó khăn chiều sâu đào thấp mực nớc sông, mặt khác mực nớc sông bị ảnh hởng thuỷ triều Do ảnh hởng nớc dới đất, thời gian thi công bị kéo dài, theo kinh nghiệm đơn vị thi công, thời gian thi công cho bể 2.5 đến tháng - Việc sử dụng cọc cừ tràm dẫn đến việc nhiều hecta rừng bị chặt tác động đến môi trờng - Phơng án cọc bê tông đắt - Giải pháp cột xi măng đất đảm bảo khả chịu tải công trình Thi công nhanh nhiều phơng pháp khác - Thi công không gây tiếng ồn dễ thi công, không làm xáo trộn trờng thi công - Vật liệu xi măng nguồn sẵn có nớc ta - Kinh tế phơng án rẻ 30!50% so với dùng cọc bê tông - Độ lún theo tính toán đảm bảo yêu cầu sử dụng bình thờng loại công trình không đòi hỏi chặt chẽ độ lún Trong trình thi công áp dụng thử nghiệm theo dõi làm việc công trình "Tổng kho xăng dầu Cần Thơ" khẳng định cách khách quan việc sử dụng kỹ thuật cột xi măng đất để xử lý đất yếu phục vụ cho xây dựng mang lại hiệu kinh tế đảm bảo kỹ thuật nh thời gian thi công giảm nhiều so với phơng pháp truyền thống Việt Nam V Tài liệu tham khảo [1] Đề tài cọc xi măng đất-Viện khoa học kỹ thuật xây dựng-1986 [2] "Lime and Lime Cement Columns" Swedish Geotechnical Society SGF Report 4:95 [3] Bengt B.Broms "3rd GRC lectures-Can Lime/Cement Columns be used in Singapore dand Southeast Asia" Nanyang Technological University 1999 Singapore [4] Hakan Bredenberget All "Dry Mix Methods for Deep Soil Stabilization" Swedish Deep Stabilization Research Centre.A.A.Balkema/Rotterdam/Bookfield/1999 [5] Những phơng pháp xây dựng công trình đất yếu-Hoàng Văn Tân, Phạm Xuân [6] Cơ học đất-Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Dũng [7] Kết cấu bê tông cốt thép-Ngô Thế Phong, Lý Trần Cờng-1996 [8] Kinh nghiệm xây dựng móng nớc ngoài-I.A.GANITSEV-1978 0.00 lớp cáT sau san lấp 1.00 lớp sét mềm cứng lớp bùn sét hữu 9000 3.00 bể dầu v=3000m3 e=2.02 w=15.1 KN/m3 c=9.6 KPa lớp cách nớc =2 o bê tông cát nhựa tỷ lệ 1/7 i=0.02 1000 800 10.0 lớp bùn sét đầm chặt 30 o 30 =6 cát hạt trung 4500 e=1.3 w=16.7 KN/m3 c=12.5 KPa 8000 4200 8000 cừ tràm 32.0 25 cây/m2 lớp sét pha + cát pha e=1.64 w=15.7 KN/m3 c=12.9 KPa 21000 25000 =4 o 42.0 lớp sét cứng hình 2-phơng án cọc cừ tràm e=0.94 w=17.5 KN/m3 c=18.0 KPa =7 o hình 1-mặt cắt địa chất điển hình MặT CắT A-A THàNH Bể LớP CáCH NƯớC 100 1000 500 R= 35 i=0.02 2750 300 2600 2600 2600 43000 bể dầu v=3000m3 13527 DầM CọC BTCT 35X35CM DàI 43M cát hạt trung +0.80 A lớp cách nớc bê tông cát nhựa tỷ lệ 1/7 đầm chặt MặT BằNG i=0.02 19000 19000 1300 1300 2600 2600 2750 18500 2600 8000 2600 5000 2750 1000 800 +0.00 cột xi măng đất đờng kính 600cm 850 850 2750 2600 2600 2600 2600 2600 2750 18500 850 850 1100 1100 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1100 1100 22800 A hình 3-phơng án cọc bê tông hình 4-phơng án cột xi măng đất ... bày hình 3 Giải pháp cột xi măng đất 3.1 Bố trí cột Cột đợc bố trí dựa theo điều kiện cân chuyển vị cho tải trọng phân bố vào cột vào đất không vợt sức chịu tải vật liệu cột phần đất cha đợc... theo dõi làm việc công trình "Tổng kho xăng dầu Cần Thơ" khẳng định cách khách quan việc sử dụng kỹ thuật cột xi măng đất để xử lý đất yếu phục vụ cho xây dựng mang lại hiệu kinh tế đảm bảo kỹ... - Giải pháp cột xi măng đất đảm bảo khả chịu tải công trình Thi công nhanh nhiều phơng pháp khác - Thi công không gây tiếng ồn dễ thi công, không làm xáo trộn trờng thi công - Vật liệu xi măng