Luận án tiến sĩ: Giải pháp chống cát chảy cho công trình đường tại Nghi Sơn, Thanh Hóa

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr­êng ®¹i häc giao th«ng vËn t¶i NGHI£N CøU GI¶I PH¸P CHèNG C¸T CH¶Y TRONG X¢Y DùNG C¤NG TR×NH §¦êNG ¤ T¤ T¹I KHU KINH TÕ NGHI S¥N TØNH THANH HãA luËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt Chuyªn ngµnh: X©y dùng ®­êng « t« vµ ®­êng Thµnh phè M· sè: 62.01 Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: 1: PGS.TS Trần Tuấn Hiệp 2: GS.TS Bùi Xuân Cậy hµ néi - 2017 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ: Trường Đại học Giao thông Vận tải, Phòng Đào tạo sau đại học, khoa Công trình, Bộ môn Đường bộ, phòng thí nghiệm trọng điểm đường bộ 1, Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải, phòng thí nghiệm, kiểm định trọng điểm LASXD 1256, Công ty cổ phần tư vấn khảo sát thiết kế xây dựng Lương Anh Thế. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến các thầy hướng dẫn là PGS. Trần Tuấn Hiệp và GS.Bùi Xuân Cậy đã hết sức tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, góp ý và định hướng nghiên cứu cho tác giả. Xin cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Đường bộ, khoa Công trình, các nhà khoa học, các cộng tác viên đã nhiệt tình hỗ trợ, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học đã nhận xét, góp ý; Hà nội 6/2017 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc. ---------------------------- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà nội, ngày tháng 6 năm 2017 Tác giả luận án Lê Như Nam MỤC LỤC Danh mục hình ảnh, biểu đồ Danh mục các bảng Danh mục chữ viết tắt Trang Mở đầu….

Lý do và sự cần thiết lựa chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu…………………………………………. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu.

Cấu trúc đề tài luận án…. 4 Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Khái quát chung về cát biển và nước ngầm …………………………. Khái quát chung về cát biển.

Hoạt động của nước ngầm. Cơ sở lý thuyết về dòng thấm. Thấm trong đất……………………………………………………. Định luật thấm đường thẳng (định luật Đarcy)………………….

Định luật thấm đường cong (định luật A. Tổng quan về cát chảy trong xây dựng công trình vùng duyên hải….1- Tổng quan về cát chảy……………………………………………. Sự cố công trình do cát chảy trên thế giới và Việt Nam. Những sự cố công trình ở vùng cát chảy Nghi Sơn.

Các nghiên cứu trên thế giới, trong nước về cát chảy và những giải pháp chống cát chảy ……………………………………………………… 21 1. Các nghiên cứu về cát chảy trên thế giới…………………………. Các nghiên cứu về cát chảy ở Việt Nam…………………………… 23 1. Những vấn đề còn hạn chế và hướng nghiên cứu của đề tài……….

Mục tiêu của đề tài …………………………………………………. Nội dung nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong phòng và hiện trường……………………………………………………………………… 26 1. Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… 26 1. Kết luận chương.

27 Chương 2: Nghiên cứu địa chất thủy văn và thực nghiệm xác định hệ số thấm của cát chảy Nghi Sơn…………………………………………. Nghiên cứu điều kiện địa chất khu vực Nghi Sơn, Thanh Hóa……… 28 2. Điều kiện tự nhiên khu vực Nghi Sơn. Khảo sát điều kiện địa chất vùng duyên hải Nghi Sơn…………….

Kết quả khảo sát…. Quan trắc mực nước ngầm khu vực Nghi Sơn, Thanh Hóa …………. Mục tiêu quan trắc………………………………………………. Nội dung quan trắc………………………………………………….

Kết quả quan trắc……………………………………………………. Xác định cơ chế và phạm vi hoạt động của cát chảy Nghi Sơn. Thí nghiệm hàm lượng bụi, bùn sét, sulfat, sulfit, mica của lớp cát chảy thực nghiệm…………………………………………………………. Cơ chế và phạm vi hoạt động của cát chảy Nghi Sơn…………….

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo thấm phức hợp CEPM. Mục tiêu nghiên cứu………………………………………………. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo thấm phức hợp, CEPM……. Mô tả thiết bị…………………………………………………….

Ưu điểm và hạn chế của thiết bị…………………………………. Thực nghiệm trong phòng xác định hệ số thấm của cát chảy Nghi Sơn. Mục tiêu thí nghiệm………………………………………………… 48 2. Cách chế bị mẫu cát thí nghiệm……….

Tiến hành thí nghiệm………………………………………………. Kết quả thí nghiệm…………………………………………………. Nhận xét, kết luận chương. 53 Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng xác định vật liệu chống cát chảy hợp lý………………………………………………….

54 Nội dung chính của chương………………………………………………. Yêu cầu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm……………………. Yêu cầu thực nghiệm. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm………………….

Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý của vật liệu phụ gia Bột sét… 58 3. Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý trong dung hợp BS-N. Cách chế bị mẫu thí nghiệm……………………………………. Thí nghiệm xác định kth1 của các mẫu…………………………….2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định quan hệ biến thiên của hệ số thấm, kth1 khi hàm lượng BS trong dung hợp [BS-N] thay đổi…………….

Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm……………………………………. Thí nghiệm xác định quan hệ giữa kth1 và hàm lượng BS trong dung hợp [68%BS+32%N]………………………………………………… 62 3. Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý của vật liệu phụ gia BEN…. TN xác định hàm lượng nước hợp lý trong dung hợp BEN-N……… 65 3.

Cách chế bị, tổ hợp mẫu thí nghiệm……………………………. Thí nghiệm xác định kth2 của các mẫu TN………………………. Thí nghiệm xác định quan hệ thay đổi hệ số thấm k th2 của cát khi thay đổi hàm lượng vật liệu phụ gia BEN trong dung hợp 67 [69%BEN+31%N]…………………………………………………………. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………….

Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth2 của mẫu cát khi thay đổi hàm lượng BEN trong dung hợp [BEN-N]……………………………………. Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý của vật liệu phụ gia XM……. Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý trong hồ vữa [XM-N] (tìm kth3 nhỏ nhất)…………………………………………………………. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………….

Thí nghiệm để xác định hàm lượng nước có trong HH với XM có 71 kth3 nhỏ nhất……………………………………………………………….2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth3 của mẫu cát khi thay đổi hàm lượng XM trong dung hợp [XM-N]………………………………………. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm……………………………………. Thí nghiệm xác định quan hệ thay đổi k th3 khi hàm lượng XM trong dung hợp [XM+N] thay đổi…………………………………………. Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý của vật liệu phụ gia [BS-XM] 76 3.

Thí nghiệm xác định tỷ lệ XM hợp lý trong hỗn hợp [BS-XM]……. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…. Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth5 khi thay đổi hàm lượng XM trong hỗn hợp [BS-XM]…………………………………………………… 77 3. Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý trong dung hợp [72%BS+28%XM]………………………………………………………… 79 3.

Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm……………………………………. Nghiên cứu thực nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý………. Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý của hỗn hợp vật liệu phụ gia [XM-BEN] chống cát chảy………………………………………………. Thực nghiệm xác định tỷ lệ hàm lượng BEN hợp lý trong hỗn hợp [XM-BEN] ………………………………………………………………… 82 3.

Cách chế bị, tổ hợp mẫu thí nghiệm……………………………. Nghiên cứu xác định xác định hệ số thấm k th5 khi thay đổi hàm lượng BEN trong hõn hợp [XM-BEN]……………………………………. Nghiên cứu xác định hàm lượng nước hợp lý trong dung hợp [77%XM+23%BEN]+N (để kth5 nhỏ nhất)………………………………. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………….

Nghiên cứu xác định hàm lượng nước hợp lý trong dung hợp [XM-BEN-N], (tìm kth5 nhỏ nhất)………………………………………… 85 3. Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý các vật liệu phụ gia trong hỗn hợp [BS-BEN] ……………………………………………. Thực nghiệm xác định tỷ lệ hàm lượng BEN hợp lý trong hỗn hợp [BS-BEN] …………………………………………………………………. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………….

Thí nghiệm xác định quan hệ giữa kth6 và hàm lượng [BS-BEN]. Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý trong dung hợp [BS+BEN], (hàm lượng nước cho hệ số thấm của cát chảy nhỏ nhất)……. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………. Thí nghiệm xác định quan hệ giữa kth7 và hàm lượng nước trong dung hợp {[70%BS+30%BEN]-N}……………………………………….

Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý vật liệu phụ gia thủy tinh lỏng ………………………………………………………………………. Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………. Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth7 khi hàm lượng vật liệu phụ gia thủy tinh lỏng, TTL, thay đổi ……………………………………………. Nhận xét, kết luận chương 3………………………………………….

97 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường xác định hệ số thấm của cát khi cho thấm nhập vào tầng cát chảy các tổ hợp phụ gia khác nhau………………………………………………………………………. Nội dung thực nghiệm……. Thiết lập mô hình thực nghiệm hiện trường…………………………. Xây hố thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm……………………….

Xây hố thực nghiệm………………………………………………… 102 4. Tiến hành thực nghiệm……………………………………………… 104 4. Kết quả thực nghiệm…………………………………………………. Kết quả thực nghiệm xác định hệ số thấm của cát nguyên trạng…… 107 4.

Kết quả xác định hệ số thấm của cát khi bị thấm nhập bởi tổ hợp vật liệu 1………………………………………………………………………. Kết quả xác định hệ số thấm của cát khi bị thấm nhập bởi tổ hợp vật liệu 2………………………………………………………………………. Kết quả xác định hệ số thấm của cát khi bị thấm nhập bởi tổ hợp vật liệu 3………………………………………………………………………. Kết quả xác định hệ số thấm của cát khi bị thấm nhập bởi tổ hợp vật liệu 4……………………………………………………………………….

Phân tích hiệu quả kinh tế khi sử dụng các tổ hợp vật liệu phụ gia chống thấm khác nhau……………………………………………………. Định hướng công nghệ sử dụng vật liệu phụ gia chống cát chảy trong xây dựng nền móng đường ô tô khu vực Nghi Sơn, Than Hóa. Đặc điểm xây dựng nền móng đường ô tô ở Nghi Sơn, Thanh Hóa. Giải pháp định hướng chống cát chảy bằng Hào chặn dòng ngầm (Hào chống thấm) ………………………………………………………….

Nhận xét, kết luận chương 4 …………………………………………. 120 Kết luận, kiến nghị………………………………………………………. 123 Các công trình đã công bố của tác giả Tài liệu tham khảo Phần phụ lục (trình bày cuốn riêng) DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2. Tổng hợp các chỉ tiêu của các lớp đất thí nghiệm……………….

Kết quả theo dõi mực nước ngầm tại KKT Nghi Sơn…………. Kết quả thí nghiệm hàm lượng bụi, bùn sét, sulfat, sulfit, mica.4: Kết quả thực nghiệm xác định hệ số thấm của cát Nghi Sơn…… 52 Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm kth1, của các ống mẫu thí nghiệm theo thời gian………………………………………………………………………… 60 Bảng 3. Kết quả thí nghiệm hệ số thấm kth1, và KL HH [68%BS + 32%N] thay đổi …………………………………………………………….3: Kết quả thí nghiệm kth2, của các ống mẫu thí nghiệm theo thời gian…………………………………………………………………………. Kết quả thí nghiệm hệ số thấm k th2, và hàm lượng BEN trong dung hợp [69%BEN+31%N] thay đổi …………………………………….

Kết quả xác định kth3, của các ống mẫu thí nghiệm khi hàm lượng nước thay đổi……………………………………………………….6: Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm kth3, khi hàm lượng dung hợp [74%XM+26%N] thay đổi……………………………………… 75 Bảng 3. Kết quả thí nghiệm hệ số thấm kth4 theo thời gian (hàm lượng hỗn hợp [BS-XM] thay đổi, nước trong HH=0)…………………………… 78 Bảng 3. Kết quả thí nghiệm hệ số thấm kth4 theo thời gian, (khối lượng [72%BS+28%XM] cố định, lượng nước thay đổi) ………………………. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm kth5 theo thời gian (hàm lượng[XM-BEN] thay đổi, lượng nước trong DH=0)……………….