BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HUỲNH TUẤN ANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN KHO THAN – NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60-58-02-04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Quang Tú HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn tơi thực hiện, số liệu, hình ảnh, biểu đồ đề tài chân thực, không trùng lặp với nghiên cứu trước Các biểu đồ, số liệu tài liệu tham khảo trích dẫn, thích nguồn tài liệu theo quy định Hà Nội, ngày … tháng … năm …… Tác giả luận văn Huỳnh Tuấn Anh i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý kho than – nhà máy Nhiệt điện Sơng Hậu 1” hồn thành với giúp đỡ tận tình Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình, Trường đại học Thủy lợi bạn bè đồng nghiệp Học viên xin chân thành cảm ơn q Thầy, Cơ giáo, Gia đình, Bạn bè & Đồng nghiệp tạo điều kiện cho suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Đặc biệt em xin trân thành cám ơn đến Thầy TS Phạm Quang Tú tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Học viên xin chân thành cảm ơn đến Quý Thầy: GS.TS Trịnh Minh Thụ, PGS.TS Nguyễn Hữu Huế, PGS.TS Hoàng Việt Hùng, PGS.TS Bùi Văn Trường, PGS.TS Nguyễn Hữu Thái, TS Đỗ Tuấn Nghĩa, TS Nguyễn Văn Lộc Quý Thầy cô Bộ môn Địa Kỹ thuật nhiều tâm huyết lòng yêu nghề, tạo điều kiện tốt cho bạn học viên lớp học tập nghiên cứu Quý Thầy cô tận tâm giảng dạy cung cấp cho học viên nhiều tư liệu quan trọng cần thiết, giúp học viên giảm bớt nhiều khó khăn thời gian thực luận văn tốt nghiệp Học viên xin chân thành cảm ơn đến Quý Thầy, Cơ, Anh, Chị nhân viên Phòng Đào tạo Đại học & Sau Đại học thuộc Trường Đại học Thủy Lợi bạn bè, gia đình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập thực luận văn Trong trình làm luận văn tốt nghiệp, thân tơi nhận thấy trình độ nhiều hạn chế, luận văn nhiều nhiều thiếu sót Bản thân tơi kính mong q Thầy, Cơ giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để em tiếp tục học tập nghiên cứu hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ .v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm đất yếu 1.2 Một số đặc điểm đất yếu .3 1.3 Các giải pháp cải tạo đất yếu 1.3.1 Mục đích việc cải tạo xử lý đất yếu 1.3.2 Các giải pháp cải tạo đất yếu 1.4 Phân tích ưu, nhược điểm giải pháp .4 1.4.1 Các giải pháp học: 1.4.2 Các giải pháp vật lý: 12 1.4.3 Các giải pháp hóa học: 17 1.5 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI .22 2.1 Cơ sở lý thuyết 22 2.1.1 Kiểm tra tính ổn định: 22 2.1.2 Độ lún .23 2.2 Các vấn đề liên quan đến công tác thi công 27 2.2.1 Thi công đệm cát đầu bấc thấm: 27 2.2.2 Thi công cắm bấc thấm: 27 2.2.3 Đắp vật liệu gia tải dỡ tải: .29 2.3 Các vấn đề liên quan đến công tác nghiệm thu 29 2.3.1 Kiểm tra, nghiệm thu chất lượng bấc thấm: 29 2.3.2 Kiểm tra nghiệm thu chất lượng đệm cát: 30 2.3.3 Kiểm tra nghiệm thu chất lượng thi công bấc thấm: 30 2.4 Các vấn đề liên quan đến đánh giá chất lượng 31 2.4.1 Quan trắc lún xử lý số liệu quan trắc: .32 2.4.2 Đo áp lực nước lỗ rỗng đánh giá độ cố kết trường: 32 iii 2.5 Kết luận chương 32 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN KHO THAN 34 3.1 Giới thiệu cơng trình 34 3.2 Các số liệu đầu vào 36 3.2.1 Yêu cầu xử lý nền: 36 3.2.2 Tài liệu địa chất 36 3.2.3 Tài liệu địa hình 37 3.3 Tính tốn so sánh phương án xử lý bấc thấm kết hợp gia tải 38 3.3.1 Các trường hợp tính toán 38 3.3.2 Các tham số tính tốn: 39 3.4 Mơ tốn ổn định phần mềm GEOSTUDIO 2007 (SLOP/W CONTOUR) 62 3.4.1 Tính tốn ổn định 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 iv DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Thi cơng cọc cát [3] Hình 1.2 Thi cơng cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn Hình 1.3 Thi cơng máy đóng cọc Hình 1.4 Thi công đổ bê tông cọc khoan nhồi [4] Hình 1.5 Thi cơng máy đầm 11 Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động giếng cát 14 Hình 1.7 Nguyên lý hoạt động bấc thấm 15 Hình 1.8 Thi công cắm bấc thấm [6] 16 Hình 1.9 Phương pháp thi công trộn khô .19 Hình 1.10 Phương pháp thi cơng Jetgrouting .19 Hình 2.1 Phân mảnh khối theo phương pháp Bishop 23 Hình 3.1 Mặt tổng thể 35 Hình 3.2 Mặt phối cảnh tổng thể 35 Hình 3.3 Mặt cắt địa chất hố khoan đại diện 37 Hình 3.4 Sơ đồ tính lún cố kết đất 37 Hình 3.5 Hình minh họa chất tải kho than 40 Hình 3.6 MC thiết kế bấc thấm 62 Hình 3.7 Tính tốn ổn định chưa xử lý 63 Hình 3.8 Tính tốn ổn định sau xử lý 64 Hình 3.9 Mơ hình hóa tốn phần mềm Geostudio 65 Hình 3.10 Lưới biến dạng thấm sau 240 ngày .65 Hình 3.11 Áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán cơng trình .65 Hình 3.12 Độ lún mặt thời điểm khác 66 Biểu đồ Lún trình gia tải cắm bấc thấm (phương án 1) 48 Biểu đồ Lún trình gia tải cắm bâc thấm (phương án 2) 51 Biểu đồ Lún trình gia tải cắm bấc thấm (phương án 3) 54 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các trường hợp tính tốn 38 Bảng 3.2 Các tiêu lý 39 Bảng 3.3 Các tiêu lý (tiếp theo) 39 Bảng 3.4 Tính tốn tải trọng chưa xử lý 40 Bảng 3.5 Tính tốn tải trọng trình xử lý 40 Bảng 3.6 Tính tốn tải trọng trình khai thác 41 Bảng 3.7 Tính tốn tải trọng q trình xử lý (pa 3) 41 Bảng 3.8 Tính tốn tải trọng q trình xử lý (pa 4) 41 Bảng 3.9 Bảng độ lún dư lại sau gia tải (phương án không xử lý nền) 44 Bảng 3.10 Bảng độ lún dư lại sau gia tải (phương án1) 48 Bảng 3.11 Bảng độ lún dư lại sau gia tải (phương án 2) 51 Bảng 3.12 Bảng độ lún dư lại sau gia tải (phương án 3) 54 Bảng 3.13 Bảng độ lún dư lại sau gia tải (phương án 4) 57 Bảng 3.14 Kết tính tốn phương án (khi khơng xử lý nền) 58 Bảng 3.15 Kết tính tốn phương án 58 Bảng 3.16 Bảng kết tính tốn phương án 58 Bảng 3.17 Bảng kết tính tốn phương án 59 Bảng 3.18 Bảng kết tính tốn phương án 59 Bảng 3.19 Bảng kết tính tốn phương án kinh tế (phương án 2) 59 Bảng 3.20 Bảng kết tính tốn phương án kinh tế (phương án 3) 60 Bảng 3.21 Bảng tổng hợp so sánh phương án: 62 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT c: Lực dính (kPa); ϕ: Góc ma sát (°); b: Bề rông mảnh trượt (m); u: Áp lực nước lỗ rỗng tác động vào mảnh trượt (kPa); W: trọng lượng mảnh (kN/m3; α: Góc nghiêng đáy mảnh trượt (°) ∆p : Ứng suất phụ thêm tải trọng gây Do diện chịu tải lớn, nên xem ứng suất phụ thêm không thay đổi theo chiều sâu σ z : Ứng suất hữu hiệu trọng lượng thân lớp đất p c : Áp lực tiền cố kết lớp đất tương ứng C c : Chỉ số nén lớp đất tương ứng C s : Chỉ số nén lại lớp đất tương ứng h i : chiều dày lớp đất tương ứng e 0i : hệ số rỗng ban đầu lớp đất phân tố i U v độ cố kết theo phương đứng U h độ cố kết theo phương ngang vii *Tham số thoát nước ký hiệu Chỉ tiêu Hệ số ảnh hưởng đến khoảng cách bố trí bấc thấm Ảnh hưởng đường kính Hệ số Ảnh hưởng hệ số thấm tính tốn Ảnh hưởng lưu lượng nước Hệ số Khoảng cách bố trí bấc thấm hiệu chỉnh Vùng xáo động (Hansbo, Hiệu thoát nước 1979) n Công thức giá trị de/dw đơn vị 17.23 ds/dw Giả thiết kh/ks Giả thiết 2 kn/qw Giả thiết 0.0001 m-2 Fn ln(n)-3/4 2.097 Fs Fr F (kh/ks-1)*ln(s) 2/3*Pi*L^2*(kn/qw) Fn+Fs+Fr 0.693 0.084 2.874 *Độ cố kết trung bình Độ sâu Bề dày F 1.00 2.00 1.50 13.50 m 2.25 1.50 13.50 3.00 13.20 13.20 lớp Chiều dài đường thấm m C vi hi/sqrt (C vi ) m2/d 17.25 0.0047 0.00346 21.96 229.64 13.20 C vtb C hi m2/d m2/d Độ lún ban đầu (m) 0.004 0.01 0.004 0.01 2.31 0.20 Ghi Trong phạm vi bấc thấm Dưới phạm vi bấc thấm * Tính lún dư theo thời gian gia tải Thời gian Trong phạm vi bấc thấm Ngày U t (%) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3.7% 9.6% 16.5% 22.8% 28.7% 34.1% 39.1% 43.7% 48.0% 51.9% 55.5% 58.9% S t (m) 0.085 0.222 0.381 0.527 0.663 0.788 0.903 1.01 1.108 1.199 1.283 1.361 Dưới phạm vi bấc thấm U t (%) 0.5% 1.1% 1.6% 2.0% 2.3% 2.5% 2.8% 3.0% 3.2% 3.4% 3.6% 3.8% 56 Độ lún tổng Độ lún theo thời gian S t (m) St (m) S f (m) 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.005 0.006 0.006 0.006 0.007 0.007 0.007 0.14 0.09 0.22 0.38 0.53 0.67 0.79 0.91 1.02 1.11 1.21 1.29 1.37 0.14 0.23 0.36 0.52 0.67 0.81 0.93 1.05 1.16 1.25 1.35 1.43 1.51 Độ cố kết,U(%) 3.2% 8.3% 14.2% 19.6% 24.6% 29.3% 33.6% 37.5% 41.2% 44.6% 47.7% 50.6% Thời gian Trong phạm vi bấc thấm Dưới phạm vi bấc thấm Ngày U t (%) S t (m) U t (%) 60 75 90 105 120 135 150 165 180 210 240 270 300 300 330 360 390 420 450 480 510 540 600 660 720 62.0% 70.0% 76.3% 81.2% 85.2% 88.3% 90.7% 92.7% 94.2% 96.4% 97.7% 98.6% 99.1% 99.1% 99.4% 99.7% 99.8% 99.9% 99.9% 99.9% 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% 1.433 1.617 1.762 1.877 1.968 2.04 2.096 2.141 2.177 2.227 2.258 2.278 2.29 2.29 2.298 2.303 2.306 2.307 2.309 2.309 2.31 2.31 2.31 2.31 2.311 3.9% 4.4% 4.8% 5.2% 5.6% 5.9% 6.2% 6.5% 6.8% 7.4% 7.9% 8.4% 8.8% 8.8% 9.3% 9.7% 10.1% 10.4% 10.8% 11.2% 11.5% 11.8% 12.5% 13.1% 13.7% Độ lún tổng Độ lún theo thời gian S t (m) St (m) S f (m) 0.008 0.009 0.010 0.010 0.011 0.012 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.017 0.017 0.017 0.018 0.019 0.020 0.021 0.021 0.022 0.023 0.023 0.025 0.026 0.027 1.44 1.63 1.77 1.89 1.98 2.05 2.11 2.15 2.19 2.24 2.27 2.29 2.31 2.31 2.32 2.32 2.33 2.33 2.33 2.33 2.33 2.33 2.34 2.34 2.34 1.58 1.77 1.91 2.03 2.12 2.19 2.25 2.29 2.33 2.38 2.41 2.43 2.45 2.45 2.46 2.46 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.47 2.48 2.48 2.48 Thời gian gia tải: 240 ngày; Độ lún đạt được: 2.41m; Độ cố kết đạt được: 84% Bảng 3.13 Bảng độ lún dư lại sau gia tải (phương án 4) Giá trị Tổng độ lún tải trọng khai thác (m) Lún san cắm bấc thấm (m) Lún gia tải Lún dư Đơn vị m m m m 57 Giá trị 2.71 0.14 2.27 0.29 Độ cố kết,U(%) 53.2% 60.1% 65.5% 69.7% 73.1% 75.8% 77.9% 79.6% 80.9% 82.8% 84.0% 84.8% 85.3% 85.3% 85.6% 85.8% 85.9% 86.0% 86.1% 86.2% 86.2% 86.2% 86.3% 86.3% 86.4% Từ phương án tính tốn nêu trên, vào yêu cầu thời gian xử lý nền, độ lún dư lại, độ cố kết U, tính tốn cụ thể cho trường hợp để lựa chọn phương án tối ưu, kết tính tốn trình bày cho phương án sau: - Phương án 0: chưa xử lý với h dắp = 2,25m Để đạt độ cố kết U=0.9 phải đến 200 năm đạt yêu cầu, chưa xử lý lún tuyến tính theo hàng năm Bảng 3.14 Kết tính tốn phương án (khi khơng xử lý nền) Giá trị Tổng độ lún tải trọng khai thác Độ Lún tổng Lún dư - Đơn vị m m m Độ cố kết U Lún 2,71 2,67 0,04 Kết luận Không đạt 0,98 Phương án 1: chiều cao gia tải h=7m, k/c bấc thấm 1,3 m Bảng 3.15 Kết tính tốn phương án Giá trị Đơn vị Lún Tổng độ lún tải trọng khai thác m 2, 71 Lún san cắm bấc thấm m 0,14 Lún gia tải m 2,45 Lún dư m 0,12 - Thời gian gia tải cắm bấc thấm (ngày) Độ cố kết U Kết luận 300 0,906 Không đạt Phương án 2: chiều cao gia tải h=7m, k/c bấc thấm 1,2m Bảng 3.16 Bảng kết tính tốn phương án Giá trị Đơn vị Lún Tổng độ lún tải trọng khai thác m 2,71 Lún san cắm bấc thấm m 0,14 Lún gia tải m 2,49 Lún dư m 0,08 58 Thời gian gia tải cắm bấc thấm (ngày) 270 Độ cố kết U Kết luận 0,91 Đạt yêu cầu - Phương án 3: chiều cao gia tải h=6m, k/c bấc thấm 1,1m Bảng 3.17 Bảng kết tính tốn phương án Giá trị Đơn vị Lún Tổng độ lún tải trọng khai thác m 2,71 Lún san cắm bấc thấm m 0,14 Lún gia tải m 2,46 Lún dư m 0,1 - Thời gian gia tải cắm bấc thấm (ngày) 270 Độ cố kết U Kết luận 0,91 Đạt yêu cầu Phương án 4: chiều cao gia tải h=5m, k/c bấc thấm 1,0 m Bảng 3.18 Bảng kết tính tốn phương án Giá trị Đơn vị Lún Tổng độ lún tải trọng khai thác m 2,71 Lún san cắm bấc thấm m 0,14 Lún gia tải m 2,27 Lún dư m 0,29 Thời gian gia tải cắm bấc thấm (ngày) Độ cố kết U Kết luận 270 0,84 Khơng đạt Từ kết tính toán phương án kỹ thuật, để lựa chọn phương án đạt hiệu cần phải tính phương án kinh tế, cụ thể sau: Bảng 3.19 Bảng kết tính tốn phương án kinh tế (phương án 2) Số TT Nội dung công việc - Diển giải Đơn vị Khối lượng Tính Đào bỏ tạp chất hữu dày 100M3 30cm 624.0000 Đơn giá Tổng hợp 1,073,282 Thành tiền (ĐỒNG) 669,727,968 20,8 x 10000 x 0,3 / 100 Bơm cát san lấp mặt từ phương tiện thủy Cự ly