Nghiên cứu hiệu quả của việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu cầu kênh 90 (huyện phú tân cà mau),luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

- Lưu lượng xe lưu thông lớn - Khu vực có cường độ mưa lớn - Độ dốc đường đầu cầu lớn… Nghiên cứu của Briaud cũng khuyến cáo rằng có thể phòng tránh hiện tượng này nếu các giải pháp sau

MỤC LỤC

-
707 -

PHẦN MỞ ĐẦU 9

1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Mục đích nghiên cứu 10

3 Đối tượng nghiên cứu 10

4 Phạm vi nghiên cứu 10

5 Phương pháp nghiên cứu 10

CHƯƠNG 1 - NGUYÊN CỨU HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG SAU MỐ TRÊN ĐẤT YẾU 11

1.1 Đánh giá hiện trạng địa chất công trình vùng đất yếu 11

1.2 Những vấn đề chung về đất yếu 16

1.2.1 Yêu cầu khi tính toán nền đất yếu 16

1.2.2 Các nhóm nguyên nhân gây lún nền móng công trình 17

1.2.3 Các vấn đề đánh giá nguyên nhân gây lún 18

1.3 Nguyên cứu nguyên nhân gây ra hiện tượng lún nền đường sau mố đắp trên đất yếu 27

1.3.1 Nguyên nhân tính toán và sữ lý nền đất yếu 27

1.3.2 Nguyên nhân hệ thống thoát nước mố cầu 35

1.3.3 Ảnh hưởng của hệ số ma sat âm tới hiện tượng lún nền đường sau mố cầu

1.4 Kết luận chương 1 45

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT 46

2.1 Các quan điểm tính toán cọc xi măng đất sử lý nền đất yếu 46

2.1.1 Nguyên lý hình thành cọc xi măng đất 46

2.1.2 Quan điểm tính toán cọc xi măng đất 49

2.2 Các vấn đề cần quan tâm khi thiết kế cọc xi măng đất 61

2.2.1 Một số cơ chế phá hoại của nền đường đắp trên đất yếu khi dùng cọc xi măng đất 61

2.2.2 Hiện tượng hiệu ứng vòm 65

2.3 Kết luận chương 2 76

CHƯƠNG 3 - TÍNH TOÁN XỬ LÝ ĐƯỜNG ĐẮP ĐẦU CẦU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO CẦU KÊNH 90 ( H.PHÚ TÂN – CÀ MAU ) 77

3.1 Giải pháp thiết kế cọc xi măng đất khi xử lý nền đất yếu 77

3.1.1 Điều kiện hình học bài toán 78

3.1.2 Tải trọng tác dụng 79

3.1.3 Điều kiện địa chất 80

3.1.4 Mô hình tính toán 82

3.1.5 Mô hình lựa chọn tính toán 84

3.2 Tính toán gia cố cọc xi măng đất 85

3.2.1 Tính độ lún của nền đường khi chưa gia cố 85

3.2.2 Gia cố nền đường bằng cọc xi măng đất 86

3.3 Phân tích phương án xữ lý đường đắp đầu cầu bằng cọc cát cho cầu kênh 90 (H.phú Tân- Cà Mau ) 97

3.3.1 Đánh giá hiệu quả của bản quá độ được áp dụng cho cầu kênh 97

3.3.2 Hạn chế của phương án cọc cát ứng dụng tại cầu kênh 90 99

3.4 So sánh phương án xữ lý đường đắp đầu cầu bằng cọc cát và phương án gia cố cọc đất gia cố xi măng 102

3.5 Kết luận chương 3 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

1 Kết luận 105

2 Kiến nghị và hướng tiếp tục nghiên cứu của luận văn 106

2.1Kiến nghị 106

2.2Hướng tiếp tục nghiên cứu của luận văn 106

DANH MỤC BẢNG

-
707 -

Bảng 1.1: Nguyên nhân gây ra sự cố theo các giai đoạn dự án 20

Bảng 1.2: Nguyên nhân gây ra sự cố theo các yếu tố ảnh hưởng 22

Bảng 1.3: Hệ số độ lún m đường cao tốc Bắc Kinh – Thiên Tân - Đường Sơn 24

Bảng 1.4: Hệ số độ lún m đường cao tốc Quảng – Phật 25

Bảng 1.5: Hệ số độ lún m Thẩm Quyến – Sán Đầu 26

Bảng 1.6: Sự cố lún kéo dài nền đường dẫn sau mố 27

Bảng 1.7: Sự cố mất ổn định nền đường dẫn sau mố cầu 32

Bảng 2.1: Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ 48

Bảng 2.2: Tóm tắt các hệ số riêng phần 72

Bảng 3.1: Chỉ tiêu lớp đất yếu bùn sét chảy (lớp1) 81

Bảng 3.2: Chỉ tiêu lớp đất yếu sét lẩn bụi dẽo cứng (lớp2) 81

Bảng 3.3: Chỉ tiêu lớp đất đắp và cọc ximăng đất 85

Bảng 3.4: Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ Lc=24m 87

Bảng 3.5: Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ Lc=23m 88

Bảng 3.6: Kết quả tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=24m, Lc=23m 88

Bảng 3.7: Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ Lc=22m 89

Bảng 3.8: Kết quả tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=23m, Lc=22m 90

Bảng 3.9: Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ Lc=20m 90

Bảng 3.10: Kết quả tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=22m, Lc=20m 91

Bảng 3.11: Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ Lc=19m 92

Bảng 3.12: Kết quả tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=20m, Lc=19m 92

Bảng 3.13: Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ Lc=18m 93

Bảng 3.14: Kết quả tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=19m, Lc=18m 93

Bảng 3.15: Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ Lc=17m 94 Bảng 3.16: Kết quả tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=18m, Lc=17m 95 Bảng 3.17: Tổng hợp độ lún của nền đắp theo chiều dài cọc XMĐ 95

DANH MỤC HÌNH VẼ

-
707 -

Hình 1.1: Nguyên nhân gây sự cố lún đường dẫn sau mố theo nghiên cứu của Briaud 13

Hình 1.2: Số lượng công trình cầu bị sự cố lún đường dẫn sau mố theo các g/ đoạn dự án 19

Hình 1.3: Nguyên nhân gây ra sự cố theo các yếu tố ảnh hưởng 21

Hình1.4: Hư hỏng ống thoát nước 35

Hình1.5: Nước thấm qua khe co giãn mố cầu 36

Hình1.6: Kích cỡ hạt dễ bị xói 36

Hình1.7: Xói mòn mái dốc trước mố cầu 37

Hình1.8: Xói mòn cục bộ dưới bản quá độ 37

Hình1.9: Mất ổn định mái dốc 38

Hình1.10: Ma sát âm quanh cọc 38

Hình1.11: Các dạng đất nền 40

Hình1.12: Hiện tượng ma sát âm do việc đóng cọc mố cầu vào nền đất yếu chưa kết thúc cố kết hoặc còn ở trạng thái tự nhiên 41

Hình1.13: Phạm vi ảnh hưởng của ma sát âm ở vùng đất xung quanh giếng cát 44

Hình2.1: Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cột xi măng-đất 52

Hình2.2: Quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu ximăng đất 53

Hình2.3: Phá hoại khối 54

Hình2.4: Phá hoại cắt cục bộ 54

Hình2.5: Sơ đồ tính toán biến dạng 55

Hình2.6: Sơ đồ tải trọng truyền cho cột 57

Hình2.7: Sơ đồ tải trọng truyền cho đất không ổn định giữa các cột khi tải trọng vượt

quá độ bền rão 57

Hình2.8: Tính toán chênh lệch lún 59

Hình2.9: Mất ổn định do trược ngang 62

Hình2.10: Mất ổn định do khối cọc quay quanh mép khối 63

Hình2.11: Mất ổn định do trược ngang 64

Hình2.12: Mất ổn định do khối trượt ngang cắt qua các cọc 64

Hình2.13: Hiện tượng hiệu ứng vòm 65

Hình2.14: Khối đất thay thế qua lỗ rỗng 66

Hình2.15: Sự tạo thành của cung (dưới trọng lượng đất) 67

Hình2.16: Trọng lượng đất tao cung vòm xuống 67

Hình2.17: Sự truyền tải 68

Hình2.18: Cọc trên bản móng 70

Hình2.19: Mô hình đỉnh bán cầu 73

Hình2.20: Mô hình đắp đệm cát trên nền cọc 74

Hình3.1: Giải pháp Cọc đất xi măng 77

Hình3.2: Lún ở cuối đường đắp đầu cầu sau thời gian đưa vào khai thác 77

Hình3.3: Mặt cắt ngang tính toán 78

Hình3.4: Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên đất yếu 79

Hình3.5: Ứng suất gây lún tại độ sâu z 82

Hình3.6: Biểu đồ phân bố ứng suất gây lún 82

Hình3.7: Bố trí các cọc ximăng trên mặt bằng 83

Hình3.8: Mặt cắt ngang bố trí cọc ximăng đất gia cố nền đất yếu 84

Hình3.9: Độ lún khi không xử lý nền đường 85

Hình3.10:Cung trượt của nền đường khi mất ổn định……… …… 86

Hình3.11: Độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=24m………… …87

Hình3.12: Độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=23m ………88

Hình3.13: Độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=22m ……… 89

Hình3.14: Độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=20m ………90

Hình3.15: Độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=19m ……….91

Hình3.16: Độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=18m ……….93

Hình3.17: Độ lún của đất nền theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=17m……… 94

Hình3.18: Bố trí chiều dài cọc XMĐ D600 Lc thay đổi từ 24m đến 17m vào nền đường đắp sau mố cầu kênh 90……….96

Hình3.19: Bố trí chiều dài cọc cát D400 Lc không thay đổi = 15m vào nền đường đắp sau mố cầu kênh 90……… 97

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Nền đắp là một trong những công trình xây dựng lâu đời và thường gặp nhất.Trước đây người ta thường xây dựng nền đắp đi qua các vùng địa chất tốt để giảm bớt những vấn đề kỹ thuật phải xữ lý và hạ giá thành xây dựng.Tuy nhiên, ngày nay do yêu cầu ngày càng lớn của việc xây dựng cơ sở vật chất đã tạo ra vấn đề chinh phục và

xữ dụng đất yếu , trước hết là xây dựng các tuyến giao thông , các tuyến đê lấn biển , cầu cảng trên… trên nền đất yếu

Đoạn đường đắp vào cầu là một trong những hạng mục quan trọng của cầu đường trong giao thông đường bộ, là một bộ phận chiếm tỷ nhỏ về kinh phí đầu tư cho

cơ sở hạ tầng Mặc khác, nó là một bộ phận của các công trình xây dựng chung mang tính thẩm mỹ cao, là bộ mặt, thước đo của nền kinh tế quốc dân, và toàn xã hội

Tuy nhiên, hầu hết nhiều đoạn đường đắp vào cầu mới đưa vào xữ dụng chưa lâu đã nhanh chóng bộc lộ nhược điểm khá phổ biến Đó là hiện tượng lún sụp, trượt trồi hoặc lún lệch nền đắp ở hai bên đầu cầu Vấn đề này là một trở ngại lớn cho xe cộ lưu thông và vẽ đẹp kiến trúc của công trình cầu đường Nếu sửa chữa được thường đi kèm với chi phí và thời gian và hao tổn ngân sách, chưa kể khi những hư hỏng này còn

có thể gây hậu quả đáng tiếc khác Những giải pháp xữ lý thông thường chỉ mang tính chất tình thế như trám bù lún vào mặt đường bằng lớp nhựa mới hay đóng thêm cọc và gia cố mái dốc

Tại vị trí tiếp giáp giữa mặt cầu và đoạn đường đắp sau một thời gian đưa vào

sử dụng, thường mặt đường hay bị gãy, lún, nứt, xe chạy không êm thuận gây khó chịu cho hành khách lưu thông qua cầu và nhất là xe chạy không đạt tốc độ cao

Bởi vì kết cấu đường đắp và mố cầu là hai bộ phận hoàn toàn khác nhau có sự chênh lệch về độ cứng rất rõ.Phần đường dẫn nếu không được xử lý tốt có thể sẽ bị lún rất nhiều và kéo dài theo thời gian.Trong khi đó mố cầu lại hầu như không bị lún Đây

là vấn đề phức tạp, cần giải quyết ngay từ khâu thiết kế

Hiện nay, có rất nhiều giải pháp gia cố đất yếu ở đường dẫn đầu cầu mang tính hiệu quả cao như: Bất thấm, Giếng cát, Cọc đất trộn xi măng….giải pháp triệt để thường được sử dụng là kéo dài cầu để giảm chiều cao đất đắp hoặc sử dụng bệ giảm tải bằng các bảng bê tông cốt thép đặt trên nền cọc bê tông cốt thép gánh đở đường đất đắp, cả hai giải pháp này đều rất đắt Mặt khác, ở giải pháp bệ giảm tải bằng các bảng

bê tông cốt thép đặt trên nền cọc bê tông cốt thép thì ở phần đuôi bệ củng xảy ra hiện tượng lún không đều

Trong tiêu chuẩn ngành độ lún cố kết cho phép còn lại trong thời hạn thiết kế

15 năm đối với đường đầu cầu là 10cm, với các đoạn nền đắp thơng thường là 30cm Như vậy vị trí chuyển tiếp giữa hai kết cấu này cĩ sự chênh lệch về độ lún rất lớn, điều này khơng được cho phép trong quá trình khai thác, nhất là với các tuyến đường cao tốc

Vấn đề quan trọng là cần xem xét, đánh giá, tìm ra giải pháp gia cố đất yếu

ở đường dẫn đầu cầu một cách triệt để , đảm bảo sự êm thuận xuyên suốt, phát huy tối

đa khả năng khai thác Trong phạm vi của đề tài, Nguyên cứu hiệu quả của việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau)

Do vậy đề tài “Nghiên cứu hiệu quả của việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau)” là vấn đề cĩ ý nghĩa

cấp bách và thiết thực

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu hiệu quả của việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau)

III Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu sự làm việc của nền đường đắp và cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau)

IV Phạm vi nghiên cứu

Chỉ xét đường đầu cầu đắp trên đất yếu nĩi chung Trên cơ sở , tác giả đi sâu phân tích tính tốn, đánh giá hiệu quả của việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau)

V Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp mơ hình hĩa Từ việc phân tích điều kiện làm việc của đường đắp đầu cầu , tác giả tiến hành lựa chọn mơ hình tính tốn bằng phần mềm PLAXIS cho Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau).Luận văn kết hợp giữa phân tích lý thuyết cùng với việc ứng dụng tin học trong tính tốn , mơ hình và phương pháp tính tốn sẽ được đánh giá bằng phương pháp chuyên gia

CHƯƠNG I

ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 1.1 Đánh giá hiện trạng địa chất công trình vùng đất yếu

1.1.1 Khái niệm về đất yếu

Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải kém, tính nén lún lớn, bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn, có môđuyn biến dạng nhỏ, sức chống cắt nhỏ…

Theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN-262-2000 thì theo nguyên nhân hình thành đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ

− Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, vùng đồng bằng tam giác châu thổ; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích nên có thể có màu đen, xám đen Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn độ ẩm giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e>=1,5, á sét e>1), lực dính c theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát ϕ từ 0 –

10o hoặc lực dính kết theo kết quả cắt cánh hiện trường Cu≤ 0,35 daN/cm2 Ngoài ra các vùng thung lũng còn hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn ( hệ số rỗng e>1 và độ bão hoà Sr >0,8)

− Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành ở đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân huỷ, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20-80%, thường có màu đen nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như ở trên

1.1.2 Một số đặc điểm của đất yếu

− Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ;

− Sức chịu tải bé (0,5 – 1kG/cm2);

− Đất có tính nén lún lớn (a> 0,1 cm2/kG);

− Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0);

− Độ sệt lớn ( B > 1);

− Mô đun biến dạng bé (E< 50kG/cm2);

− Khả năng chống cắt bé, khả năng thấm nước bé;

− Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G> 0,8, dung trọng bé;

1.1.3 Các loại đất yếu thường gặp

− Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét ở trạng thái bão hòa nước, chảy hoặc dẻo chảy, có cường độ thấp;

− Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;

− Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%);

− Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy

− Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập

1.1.4 Một số nghiên cứu về sự cố lún đường dẫn trên thế giới

Do sự gia tăng kinh phí cho công tác duy tu bảo dưỡng khắc phục sự cố nên Cục giao thông Mỹ đã kết hợp với các đơn vị quản lý và các nhà khoa học tiến hành hàng loạt các nghiên cứu về vấn đề này tại các bang Illinois, California, Winscosin, Oklahoma, Indiana, Missouri, Tezas, Kentucky …nhằm tìm ra nguyên nhân cũng như các giải pháp khắc phục và phòng tránh sự cố lún đường dẫn sau mố Trong đó đáng chú ý ở một số bang sự cố lún đường dẫn sau mố diễn ra đặc biệt nghiêm trọng nên các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu nhiều lần như tại Illinois năm 1957 và 1995, California năm 1959 và năm 1985, Colorado năm 1982 và năm 1995 Đặc biệt tại Kentucky các nghiên cứu đã được tiến hành liên tục vào các năm 1969, 1985, 2002,

2005 nhằm tìm ra biện pháp thực sự hữu hiệu để giảm thiểu sự cố lún đường dẫn sau

mố Nói chung tất cả các nghiên cứu này đều cho rằng sự cố lún đường dẫn sau mố là

sự cố rất phức tạp và cần được lưu tâm

1.1.4.1 Nghiên cứu của Briaud

Theo Briaud (1997), những nguyên nhân điển hình sau là những nguyên nhân dẫn đến lún khu vực sau mố Cụ thể được minh họa ở Hình 1

 Vật liệu đắp nền đường không thích hợp

 Không dự đoán được mức độ lún của lớp đất yếu dưới nền đắp

 Hệ thống thoát nước mố cầu kém hiệu quả dẫn đến hiện tượng xói đất đắp sau

mố và phát triển lỗ rỗng dưới bản dẫn sau mố cầu

Hình 1.1: Nguyên nhân gây sự cố lún đường dẫn sau mố theo nghiên cứu của

- Lưu lượng xe lưu thông lớn

- Khu vực có cường độ mưa lớn

- Độ dốc đường đầu cầu lớn…

Nghiên cứu của Briaud cũng khuyến cáo rằng có thể phòng tránh hiện tượng này nếu các giải pháp sau đây được xem xét đến trong quá trình thiết kế và thi công:

 Thiết kế tấm bản dẫn hợp lý

 Đất đắp sau mố đầm đủ độ chặt

 Đắp bằng vật liệu thích hợp (để cải thiện cường độ và chống lại sự xói mòn)

 Hệ thống thoát nước hiệu quả

 Nền đường đắp thấp

 Trình tự thi công hợp lý và việc giám sát thi công được thực hiện chặt chẽ

 Thời gian chờ lún kéo dài và đắp gia tải hợp lý

1.1.4.2 Nghiên cứu của Wahls

Theo nghiên cứu của Wahls (1990), nguyên nhân của sự cố lún đường dẫn sau

mố bao gồm :

 Lún của lớp đất yếu dưới nền đường

 Lún của bản thân nền đường đắp

 Đầm chặt không đủ ở vị trí sát mố vì sự hạn chế về mặt bằng thi công

 Xói mòn vật liệu đắp ở sát bề mặt thân mố

 Do lựa chọn loại mố và móng mố không hợp lý

Cũng theo Wahls thì lún lệch nằm trong khoảng 13mm (0,5 inches) được coi là hợp lý và có thể chấp nhận được tại vị trí nhạy cảm này

1.1.4.3 Nghiên cứu của David Allen và Tommy Hopkins

David Allen và Tommy Hopkins đã nghiên cứu khảo sát vấn đề này với các công trình cầu thuộc phạm vi Kentucky trong khoảng 30 năm gần đây Nội dung nghiên cứu của David Allen và Tommy Hopkins bao gồm các điểm chủ yếu như sau:

 Năm 1973, David Allen và Tommy Hopkins khảo sát nguyên nhân dẫn đến hiện tượng lún lệch giữa mặt đường với mặt cầu và hiện tượng nghiêng và biến dạng của mố trụ cầu Theo báo cáo của Hopkins các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này chủ yếu thuộc về sai sót và bất cẩn của công tác thiết kế, thi công và duy tu bảo dưỡng trong quá trình khai thác Nghiên cứu cũng đề xuất sự bắt buộc phải sử dụng thiết bị theo dõi độ dốc nghiêng của nền đường

 Năm 1985, David Allen và Tommy Hopkins tiếp tục nghiên cứu về hiện tượng nghiêng và biến dạng của mố trụ trong giai đoạn thi công đường đắp khu vực gần cầu Nghiên cứu của Allen bước đầu thu thập các số liệu được đo trực tiếp

từ các thiết bị đo áp lực đất và theo dõi sự phát triển hệ số an toàn tại vị trí đo

 Năm 1988, David Allen và Tommy Hopkins công bố báo cáo về nguyên nhân gây ra sự lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa mố cầu và đường Nghiên cứu được tiến hành dựa trên phân tích đối với 6 đoạn đường đầu cầu ở Kentucky theo phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình lý thuyết gần đúng để dự đoán mức

độ lún của mặt đường khu vực gần cầu Đặc biệt báo cáo này đã lưu ý đến sự chuyển vị ngang và lún của khối tứ nón khu vực tiếp giáp mố cầu

1.1.4.4 Các nghiên cứu khác

Ngoài ra, các nghiên cứu khác của Tadros, Benak, Schaefer, Koch… cũng là các nghiên cứu nền tảng về sự cố lún nền đường sau mố Tadros và Benak (1989) cho rằng nguyên nhân gây ra sự cố có liên quan trực tiếp đến lực ngang tác dụng vào mố xuất hiện bởi áp lực của đất hoặc sự giãn nở của kết cấu mặt đường theo chiều dọc James (1995) khuyến cáo rằng sự giãn nở kết cấu mặt đường theo chiều dọc phát sinh lực đẩy ngang và ảnh hưởng mạnh đến mức độ ghồ ghề khu vực tiếp giáp giữa nền đường và mố cầu Theo Schaefer và Koch (1992) sự phát triển lỗ rỗng bên dưới tấm bản quá độ cũng là nguyên nhân dẫn đến lún khu vực đường dẫn sau mố Lỗ rỗng được hình thành và phát triển là do ảnh hưởng của sự chuyển dịch mố hoặc là do sự xói mòn vật liệu đắp nền đường Theo kinh nghiệm, nền đường đắp càng cao thì mức chênh cao độ tại điểm tiếp giáp giữa mố cầu và đường dẫn càng lớn Schaefer và Koch (1992) đã đưa ra những kiến nghị cụ thể nhằm giảm thiểu sự hình thành lún lệch tại vị trí “nhạy cảm” này Những kiến nghị đó như sau:

 Bản dẫn nên được thiết kế sao cho giảm thiểu sự hình thành vết nứt ngang xuất hiện gần khu vực mố hoặc trên bề mặt bản

 Loại vật liệu đắp sau mố nên thay đổi từ loại vật liệu nhỏ dẹt đến loại vật liệu chọn lọc tốt hơn

Khuyến khích việc sử dụng những vật liệu bao bọc như vải địa kỹ thuật để ngăn chặn hiện tượng xói của vật liệu đắp sau mố

1.1.5 Các Vùng đất yếu tại Việt Nam

Đặc điểm địa lý của Việt Nam là có nhiều sông ngòi và bờ biển trải dài dọc suốt theo chiều dài của đất nước Theo các số liệu thống kê cho thấy Việt Nam có gần 3000

km bờ biển và gần 2000 con sông lớn nhỏ, trong đó có nhiều dòng sông có diện thích bồi đắp lớn Điển hình là Sông Hồng ở đồng bằng Bắc Bộ và sông Cửu Long ở đồng bằng Nam Bộ Đây cũng là 2 vùng được đánh giá là có địa chất yếu nhất tại Việt Nam Trong đó địa chất tại vùng đồng bằng sông Cửu Long đặc biệt yếu, có chiều dày lớn ngoài ra vùng đồng bằng duyên hải miền trung cũng là vùng có địa chất tương đối yếu, nhưng là vùng có địa hình bằng phẳng, chạy dọc suốt chiều dài đất nước Vì thế có nhiều công trình giao thông cấp quốc gia (như Quốc lộ 1A, đường sắt quốc gia) và các công trình đường tỉnh, liên tỉnh được xây dựng tại vùng này

1.2 Một số vấn đề về nền đất yếu

1.2.1 Yêu cầu khi tính toán nền đất yếu

1.2.1.1 Yêu cầu khi tính toán sức chịu tải của nền đất yếu

Nói chung đất yếu là những tầng lớp đất có khả năng chịu lực kém Khi sức chịu tải của nền đất yếu không đảm bảo để đắp nền đường, biến dạng của nền đất lớn hoặc biến dạng kéo dài, do đó cần phải có biện pháp đặc biệt để xử lý tăng sự ổn định của nền đất, giảm độ lún hoặc tăng nhanh thời gian lún của nền đất để thi công kết cấu mặt đường Đối với nền đường đầu cầu thường có chiều cao đắp lớn, công tác xử lý, sửa chữa khi có xẩy ra sự cố thường gặp khó khăn Do vậy cần tính toán đảm bảo để tránh xảy ra những sự cố ngoài mong muốn

Về cơ bản nền đường được xem như một móng băng (có một chiều lớn hơn rất nhiều lần so với chiều còn lại) có kích thước lớn được đặt trực tiếp lên nền đất Vì vậy khi đắp nền đường trực tiếp lên nền đất người ta thường phải có biện pháp xử lý dựa vào các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo yêu cầu về ổn định: Nền đắp phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại do trượt trồi trong quá trình thi công đắp cũng như trong quá trình khai thác

sử dụng

+ Đảm bảo yêu cầu về tính toán lún: Phải dự báo được độ lún tổng cộng

S kể từ khi bắt đầu đắp nền cho đến khi lún hết hoàn toàn

1.2.1.2 Khả năng chịu tải của các tầng đất yếu

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu

1.2.2 Các nhóm nguyên nhân gây lún nền móng công trình

1.2.2.1 Nguyên nhân kết cấu:

Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đá tảng Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ sập như đập Malpasset ở Pháp Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài mỏ khai thác đá ở Việt nam trong những năm gần đây có thể tính một phần là do yếu tố này Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, công trình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi,

độ lún biến đổi đột ngột, một số nhà cao tầng ở Thành phố Hồ Chí Minh có thể tính một phần là vì lí do này mà lún sập

1.2.2.2 Nguyên nhân độ ẩm nền đất:

Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết Đây là các tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển

1.2.2.3 Nguyên nhân đặc tính sinh hóa:

Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu

đi Đây là một vấn đề tương đối khó khăn đối với các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủy tinh…

1.2.3 Các vấn đề đánh giá nguyên nhân gây lún

Móng của đường bộ, đường sắt, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết:

+ Độ lún: Nền đất yếu có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn

+ Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc,

áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn

+ Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của

áp lực nước

+ Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hoả, ô tô và động đất

Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được quan tâm: + Xây dựng công trình đường giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công trình cơ sở trên nền đất yếu

+ Xử lý và gia cường nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu

+ Xử lý trượt mái ta luy nền đường

+ Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu Long

1.2.3.1 Trong các giai đoạn của dự án

Nghiên cứu về các trường hợp bị sự cố có thể thấy rằng nguyên nhân gây ra sự

cố có thể xuất phát từ bất cứ giai đoạn nào của dự án từ điều tra – khảo sát, thiết kế, thi công đến vận hành bảo trì Trong đó số lượng lớn các sự cố xuất phát từ giai đoạn thiết

kế, thi công hoặc cả hai giai đoạn Thậm chí trong một số trường hợp khác còn là sự tổng hợp của nhiều nguyên nhân sai lầm trong giai đoạn khảo sát dẫn đến thiết kế không hiệu quả hoặc sự yếu kém của thiết kế kết hợp sự thiếu trách nhiệm của đơn vị thi công dẫn đến sự cố Trong 140 trường hợp bị sự cố ở nghiên cứu này có đến

- 4 / 140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên quan đến giai đoạn điều tra – khảo sát

- 86 / 140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên quan đến giai đoạn thiết kế

- 18 / 140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên quan đến giai đoạn thi công

- 4 / 140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên quan đến giai đoạn vận hành – bảo trì

- 54/ 140 trường hợp bị sự cố chưa xác định được nguyên nhân chủ yếu do giai đoạn nào của dự án

( Tổng số công trình > 140 vì có công trình bị sự cố liên quan đến nhiều giai đoạn)

140 Trường hợp

54

18 4

86 4

Như vậy trong 140 trường hợp bị sự cố có 54 trường hợp chưa xác định được chính xác nguyên nhân xuất phát từ giai đoạn nào nhưng với 86 trường hợp còn lại có thể xác định được nguyên nhân thì giai đoạn thiết kế chiếm 100% và thi công chiếm 21% Mặc dù số lượng 140 công trình không phải là số lượng quá lớn nhưng qua thống kê này cũng thấy được trách nhiệm của người thiết kế và thi công trước việc để xảy ra sự

cố với mức độ trầm trọng như hiện nay Nguyên nhân của từng giai đoạn được cụ thể hóa như ở Bảng 1:

Bảng 1.1: Nguyên nhân gây ra sự cố theo các giai đoạn dự án

Điều tra –

khảo sát

- Sự bất cẩn, thiếu kinh nghiệm của đơn vị điều tra khảo sát

- Thiết bị khảo sát lạc hậu, lỗi thời

 Cung cấp sai lệch số liệu địa chất khu vực xây dựng cho các

giai đoạn sau của dự án

Thiết kế - Sự không đồng bộ của các tiêu chuẩn thiết kế

- Lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu không hiệu quả

- Sử dụng vật liệu đất đắp đầu cầu không thích hợp

Thi công - Không đủ thời gian đắp gia tải và thời gian chờ lún nền đắp

trên đất yếu

- Không lắp đặt hệ thống quan trắc khi xây dựng nền đắp trên

đất yếu

- Thi công không tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về đầm nén

đất nền đường và lắp đặt khe co giãn Vận hành –

1.2.3.2 Ảnh hưởng của các công trình có liên quan

Vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu là vị trí đặc biệt có liên quan đến nhiều hạng mục khác nhau bao gồm nền đường, mặt đường, mố cầu, bản quá độ đầu cầu, khe co giãn, hệ thống thoát nước sau mố… Hơn nữa tại vị trí này lại có sự chuyển tiếp về độ cứng giữa hai hệ kết cấu khác nhau là hệ kết cấu cầu và hệ kết cấu đường Khi các phương tiện giao thông đi đến vị trí này thường phát sinh các tải trọng xung kích trùng phục và nếu có phát hiện về sự chênh cao độ thường có phản ứng phanh gấp làm xuất hiện lực ngang rất lớn Do đó, nếu các hạng mục này không làm việc đúng vai trò thiết kế sẽ dẫn đến khả năng cao xuất hiện sự cố lún Bởi vậy nếu xem xét nguyên nhân gây ra sự cố theo ảnh hưởng của các công trình có liên quan nhận thấy nguyên nhân gây ra sự cố bao gồm

- Nguyên nhân liên quan đến nền đường dẫn sau mố cầu ( 140 / 140 trường hợp)

- Nguyên nhân liên quan đến mố cầu ( 7 / 140 trường hợp)

- Nguyên nhân liên quan đến bản quá độ ( 1 / 140 trường hợp)

- Nguyên nhân liên quan đến hệ thống thoát nước sau mố ( 1 / 140 trường hợp)

- Nguyên nhân liên quan khe co giãn ( 4 / 140 trường hợp)

140 Trường hợp

1

1 4

Trong các số liệu thống kê mà nghiên cứu thu thập được có 140/140 trường hợp bị sự

cố có nguyên nhân liên quan đến đường dẫn sau mố Do vậy nếu chúng ta làm tốt đảm bảo không xảy ra lún đường dẫn sau mố cầu thì có thể giảm được số lượng lớn các công trình bị sự cố Các nguyên nhân chi tiết được thống kê cụ thể như ở Bảng 1 2

Bảng 1.2: Nguyên nhân gây ra sự cố theo các yếu tố ảnh hưởng

CÔNG

TRÌNH

NGUYÊN NHÂN

Đường dẫn - Lún sụt nền đắp trên đất yếu

- Lún kéo dài nền đắp trên đất yếu

- Xói mòn đất đắp mố cầu

- Lún bản thân nền đắp sau mố do đất đắp sau mố cầu không đủ

độ chặt

Mố cầu - Lún cố kết của đường dẫn sau mố cầu gây ma sát âm lên hệ cọc

mố kéo theo sự dịch chuyển của mố cầu

- Trượt ngang của đường dẫn sau mố cầu gây lực xệ ngang lên

cọc mố kéo theo sự dịch chuyển của mố cầu Bản quá độ - Thiết kế bản quá độ không đạt hiệu quả dẫn đến hư hỏng trong

quá trình khai thác

Khe co giãn - Thi công khe co giãn không tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật

- Không làm tốt công tác bảo trì khe co giãn

Hệ thống

thoát nước

mố cầu

- Thiết kế hệ thống thoát nước mố cầu không hiệu quả

- Không làm tốt công tác bảo trì hệ thống thoát nước khu vực mố

cầu

1.2.3.3 Một số vấn đề về dự báo lún

Như chúng ta đã biết lún của nền đắp trên đất yếu bao gồm ba thành phần độ lún: lún tức thời, lún cố kết và lún từ biến Khi tính toán dự báo lún của nền đường xây dựng trên đất yếu hầu hết các dự án ở Việt Nam đều tính toán theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN 262 – 2000 Quy trình dự tính độ lún tổng cộng trong trường hợp không sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng

theo công thức sau: S = m S c (1.1)

Hệ số m là một hệ số kinh nghiệm để xét đến 2 thành phần độ lún Stứcthời và Stừbiến

Độ lún cố kết Sc được tính theo công thức

∆

=

∑

vi zi ci

vi

pi ri

σ

σσσ

σ

log.log

.1

số nén lún khi gia tải (Cci) trong quá trình thí nghiệm nén lún không nở hông

Xét biểu thức (1.1) ta có nhận xét sau đây:

Thứ nhất, các thông số trong công thức tính giá trị Sc (1.2) rất khó đạt được độ chính

xác vì sự chính xác phụ thuộc vào lịch sử chịu tải của đất ( để xác định áp lực tiền cố kết σpi ), phương pháp thí nghiệm, phương pháp bảo toàn mẫu ( để xác định Cri và

Cci) Do đó việc xác định được tương đối chính xác giá trị Sc là việc làm khó khăn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan

Thứ hai, giá trị kinh nghiệm “m” theo Quy trình quy định như sau “ m = 1,1 – 1,4 nếu

có các biện pháp hạn chế đất yếu bị đẩy trồi ngang dưới tải trọng đắp ( như đắp bệ phản áp hoặc rải vải địa kỹ thuật) thì m = 1,1 ngoài ra chiều cao đắp càng lớn và đất

càng yếu thì sử dụng trị số m càng lớn.” Như vậy trong quy trình cũng quy định rất chung chung chưa có cơ sở thực nghiệm để lấy giá trị này Thực tế giá trị “m” là giá trị thay đổi rất nhanh Có thể thấy rõ điều này qua các thử nghiệm thực tế được tiến hành tại Trung Quốc như sau

Thử nghiệm 1: Được tiến hành khi xây dưng đường cao tốc Bắc Kinh – Thiên Tân – Đường Sơn

Công trình thử nghiệm này được bố trí 9 điểm thử nghiệm với các loại biện pháp xử lý khác nhau; chiều cao đắp và hệ số độ lún tính được liệt kê ở Bảng 3 (Độ lún cố kết tính theo đường cong nén lún e - p và độ lún cuối cùng được suy ra từ số liệu quan trắc lún)

Bảng1.3: Hệ số độ lún m đường cao tốc Bắc Kinh – Thiên Tân - Đường Sơn

SỐ LIỆU ĐOẠN

THỬ NGHIỆM

CHIỀU CAO ĐẮP (M)

HÌNH THỨC XỬ LÝ NỀN ĐẮP PHÍA TRÊN

VÀ ĐẤT YẾU PHÍA

DƯỚI

HỆ SỐ ĐỘ LÚN m

Thử nghiệm 2: Được tiến hành khi xây dựng đường cao tốc Quảng Châu – Phật Sơn

Đường cao tốc Quảng Châu – Phật Sơn được bố trí 3 điểm thử nghiệm (Độ lún cố kết dùng môđun ép co, còn độ lún cuối cùng thì dùng phương pháp “3 điểm” để suy ra từ

số liệu quan trắc lún thực đo) hệ số lún được tính ở Bảng 1.4

Bảng 1.4: Hệ số độ lún m đường cao tốc Quảng – Phật

Giếng cát sâu 11m

Như vậy, giá trị m ở 3 mặt cắt được quan trắc ở Bảng1.4 có sự thay đổi từ 1,06 đến

1,28 và 1,73 trong khi chỉ khác nhau về điều kiện địa chất còn các điều kiện khác thì không sai khác nhau quá nhiều (đáng lẽ ra giá trị m ở hai mặt cắt Km4+450 và

Km5+580 theo kinh nghiệm thông thường thì không được sai biệt quá lớn như trên) Như vậy có thể thấy rằng giá trị m chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện địa chất Tuy nhiên điều này không được lưu ý đến trong Quy trình

Thử nghiệm 3: Được tiến hành khi xây dưng chuyên dụng Thẩm Quyến – Sán Đầu Đường chuyên dụng Thẩm Quyến – Sán Đầu đã bố trí 5 loại hình xử lý khác nhau để quan trắc với tổng chiều dài của khu vực thử nghiệm số 1 là 275m Số liệu quan trắc lún có được trong 8 tháng (trong thời gian gia tải trước) Độ lún cuối cùng được suy ra

từ số liệu quan trắc bằng phương pháp toán học Từ đó được kết quả hệ số độ lún như

ở Bảng 1 5

S ∞ (cm)

HỆ SỐ

ĐỘ LÚN

m

I 4.1 2 lớp vải ĐKT + đắp gia tải

trước cao hơn nền đắp

3,87

Bấc thấm 14,5m cự ly 1,3m + phản áp + gia tải trước cao hơn nền đắp

Như vậy, hệ số độ lún m trong Bảng 1 5 trên trừ đoạn I là tương đối nhỏ ra thì ở các đoạn khác chênh lệch không lớn Nguyên nhân chủ yếu là nhờ bố trí lớp vải ĐKT đã tạo ra tác dụng hạn chế lún Báo cáo nghiên cứu về công trình thử nghiệm này cho thấy có bố trí bệ phản áp sẽ làm giảm bớt biến dạng gây ra do khối đất yếu bị đẩy trồi ngang và tất nhiên sẽ ảnh hưởng đến hệ số độ lún Do vậy, khi phân tích chọn hệ số độ lún không thể bỏ qua ảnh hưởng của cấu tạo nền đắp

Từ các kết luận rút ra từ Bảng 1.3, Bảng 1.4, Bảng 1.5 ta nhận thấy lựa chọn hệ số kinh nghiệm m để dự đoán độ lún của nền đắp trên đất yếu rất phức tạp Người thiết kế phải dựa vào kết quả quan trắc ở các công trình đắp thử hoặc kinh nghiệm tại chỗ để quyết định giá trị m Bởi vậy, khi xây dựng nền đắp trên đất yếu nếu không có điều kiện làm thực nghiệm kỹ sư thiết kế sẽ không có cơ sở thực sự đáng tin cậy Đây cũng

chính là hạn chế của các dự án ở Việt Nam khi thiết kế dựa theo Quy trình để lấy giá trị “m” mà ít có thực nghiệm để kiểm chứng

1.3 Nghiên cứu các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún nền đường sau mố đắp trên đất yếu

1.3.1 Nguyên nhân tính toán và xử lý nền đất yếu

Trong trường hợp thời gian cố kết của nền đất yếu quá lâu người ta sử dụng các phương pháp xử lý nền đất yếu nhằm tăng nhanh độ cố kết của đất nền Đây cũng không phải là vấn đề mới với ngành xây dựng Việt Nam Ví dụ như ở cầu Đồng Niên, Phú Lương sử dụng bấc thấm kết hợp với gia tải để tăng nhanh tốc độ cố kết tuy nhiên hiệu quả xử lý lại không đạt được như mong đợi Bảng 1.6 thống kê một số trường hợp điển hình

Bảng 1.6: Sự cố lún kéo dài nền đường dẫn sau mố CÔNG

Phía mố Hà Nội :184,5 cm Phía mố Hải Phòng: 201,6

cm

Sau khi đưa vào khai thác 12 tháng

độ lún đo được

Phía mố Hà Nội :79,8 cm Phía mố Hải Phòng: 128,4

cm Tốc độ lún lớn nhất trong quá trình đắp là 1,15cm/ngày ( tiến hành đắp

Sử dụng bấc thấm nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất yếu nhưng việc dự báo độ lún không được chính xác

Độ lún thực tế lại lớn hơn độ lún

dự báo khá nhiều(lún dự đoán là 1,7m, lún thực tế đến tháng 4/1998 là 2,64 – 3,3m)

trong 425 ngày, vừa đắp vừa chờ)

Lún đều tạo bậc trước mố cầu với

Lún kéo dài hai đầu cầu Phú Lương

Trong thời gian đắp độ lún đo được

là 205,4 – 222,4cm

Sau khi đưa đường vào khai thác

12 tháng độ lún đo được là 10,7 –

17 cm

Lún đều tạo bậc và có xuất hiện

hiện tượng nứt ngang trước mố

Nền đắp cao 12m

Sử dụng bấc thấm nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất yếu nhưng việc dự báo độ lún không được chính xác

Cầu Lai

Vu –

Quốc lộ

5

Lún kéo dài hai đầu cầu Lai Vu

Sau khi đưa đường vào khai thác

10 tháng độ lún đo được là 3,3 –

11,7 cm

Lún đều tạo bậc và có xuất hiện

hiện tượng nứt ngang trước mố

Nền đắp cao 4 – 5m Đắp trực tiếp không có các biện pháp tăng nhanh tốc độ thoát nước cố kết

Cầu Văn

Thánh 2

Các mố cầu bị chuyển vị ngang

hướng về phía lòng sông

Khi tiến hành bóc lớp đất để thi

công sửa chữa cầu Văn Thánh 2 đã

phát hiện độ lún ở cây cầu này

nhiều chỗ sâu đến 3 m

Sử dụng bấc thấm, vải địa kỹ thuật kết hợp với gia tải trước để tăng nhanh tốc độ cố kết của lớp đất yếu nhưng do thời gian đắp gia tải không đủ nên tiếp tục lún

Cầu vượt

Nguyễn

Lún với tốc độ 3 – 4 cm trong 6

tháng ( ngay sau khi sử dụng)

Lún lệch giữa cầu và đường sau 4

năm là 20 cm, nứt tường bao che

Sử dụng bấc thấm kết hợp với gia tải trước để tăng nhanh tốc

độ cố kết của lớp đất yếu nhưng

do thời gian đắp gia tải không đủ

hai bên cầu vượt nên tiếp tục lún

Cầu Lạc

Chính

Lún kéo dài nền đắp sau mố, độ chênh cao giữa mặt đường và cầu khoảng 10cm

Nền đắp cao khoảng 5,7 ÷ 6,7m

m

Sử dụng biện pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp với đệm cát hạt trung và vải địa kỹ thuật để tăng nhanh tốc độ cố kết của lớp đất yếu nhưng không dự báo được chính xác độ lún tổng cộng

Cầu Mỹ

Đô

Lún kéo dài nền đắp sau mố, độ chênh cao giữa mặt đường và cầu khoảng 7cm

Nền đắp cao khoảng 6,1m

Sử dụng biện pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp với

bệ phản áp đệm cát hạt trung và vải địa kỹ thuật để tăng nhanh tốc độ cố kết của lớp đất yếu nhưng không dự báo được chính xác độ lún tổng cộng

Nghiên cứu kỹ các trường hợp bị sự cố ở bảng 1.6 ta nhận thấy một đặc điểm chung của các công trình này là sự thất bại trong phương pháp xử lý nền đất yếu Ở công trình cầu Đồng Niên, Phú Lương sử dụng bấc thấm; cầu Lạc Chính, Mỹ Đô sử dụng giếng cát; cầu Văn Thánh, Nguyễn Hữu Cảnh kết hợp bấc thấm và gia tải trước để xử

lý nền đất yếu Mục tiêu của việc sử dụng bấc thấm và giếng cát là tạo ra một đường thoát nước thẳng đứng nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết để khi đưa công trình vào khai thác thì lún đã đạt ít nhất 90% độ lún tổng cộng hoặc được độ lún còn lại không quá một trị số quy định như ở Bảng 2, hoặc tốc độ lún còn lại không vượt quá 2cm/năm đặc biệt là đối với các đoạn tiếp giáp với cầu Tất cả các trường hợp trình bày ở Bảng đều cho thấy dù có dùng bấc thấm hoặc giếng cát đều không đạt được yêu cầu lún còn lại như trên Thậm chí trong một số trường hợp còn phản tác dụng như trường hợp cầu

Đồng Niên thì độ lún thực tế lớn hơn độ lún tổng cộng dự kiến khá nhiều (từ 1,5 đến 2 lần) và như vậy càng không đạt được mục tiêu đề ra Việc không đạt được mục tiêu đề

ra này có thể là do:

Thứ nhất, bản thân việc dự báo độ lún tổng cộng không chính xác và thực sự là khó chính xác do có thể có khoảng cách nhất định giữa tính toán lý thuyết, giữa các thông

số đầu vào với thực tế

Thứ hai, việc đóng giếng cát hoặc bấc thấm có thể gây ra tác động chấn động làm phá hoại cấu trúc đất yếu vốn có và do đó làm tăng hệ số nén chặt dẫn tới tăng độ lún, nhất

là trong 5-6 tháng đầu sau khi đắp xong độ lún có thể tăng thêm 50% đến 60% so với tính toán ban đầu Hiện tượng này đã được nhiều tài liệu ở nước ngoài đề cập

Thứ ba, phương pháp sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm chỉ thực sự đạt hiệu quả khi có thể dự tính chính xác được độ lún còn lại và yêu cầu gia tải chờ lún được thực hiện theo đúng thời hạn Nhưng đây là yêu cầu mà nhà thầu thi công ở Việt Nam rất hay vi phạm như ở trường hợp cầu Văn Thánh thay vì chờ lún 8 tháng theo như thiết kế thì nhà thầu chỉ thực hiện chờ lún có 3 tháng

Nếu các vấn đề trên không được làm rõ thì có thể việc sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng cho mục tiêu hạn chế lún sau khi đưa đường vào khai thác sẽ khó đạt được và việc sử dụng chúng sẽ chỉ có tác dụng tăng nhanh cường độ chống cắt, góp phần tăng độ ổn định nền đắp Do vậy, khi muốn áp dụng giải pháp dùng giếng cát, bấc thấm để tăng nhanh lún thì người thiết kế nên rất thận trọng và phải xét đến việc làm tăng thêm độ lún của chúng

Nghiên cứu về những trường hợp bị sự cố lún sụt đường dẫn sau mố ở Việt Nam nhận thấy đa số các trường hợp bị sự cố xuất phát từ phương pháp dự báo cường độ chống cắt và bản thân phương pháp xử lý cũng như sự cẩu thả tắc trách của đơn vị thi công nền đắp trên đất yếu ( đặc biệt với nền đường đắp cao đầu cầu)

1.3.1.1 Phương pháp dự báo cường độ chống cắt

Quá trình xây dựng nền đắp trên đất yếu làm cho ứng suất trong đất yếu cũng như áp lực nước lỗ rỗng tăng lên nhanh chóng khiến cho cường độ kháng cắt của đất trở nên không đủ cân bằng với ứng suất cắt trong khối đất Khi đó nền đắp sẽ bị mất ổn

định gây ra các hiện tượng lún sụt Do đó các đơn vị thiết kế, thi công khi xây dựng công trình trên nền đất yếu thường cải thiện độ ổn định bằng cách nhiều phương pháp như: xây dựng nền đắp theo giai đoạn, sử dụng bệ phản áp Tuy nhiên, nếu không dự báo đúng tốc độ tăng cường độ chống cắt của đất yếu thì sự mất cân bằng vẫn sẽ xảy

ra Mặc dù vậy, cũng phải thừa nhận việc dự báo được quan hệ giữa cường độ chống cắt với tốc độ cố kết một cách đúng đắn và phù hợp với thực tế là một việc khó khăn Việc dự đoán này thường được dựa vào thực nghiệm Kinh nghiệm Nhật Bản và các nước phương Tây dùng quan hệ sau:

Po: Là áp lực ban đầu lên đất yếu (do trọng lượng bản thân)

∆P: Là áp lực tăng thêm lên đất yếu do tải trọng đắp

Py : Là áp lực tiền cố kết của đất yếu

m: Là hệ số tăng cường độ chống cắt tuỳ thuộc vào chỉ số dẻo Ip (tức là tuỳ thuộc tính chất vật lý của đất yếu) m thường lấy giá trị 0.2 ~ 0.5 tuỳ loại đất yếu

m = 0,11 + 0,0037 Ip (1.3)

Để dự đoán mức tăng cường độ chống cắt từ đó khống chế tốc độ đắp ( bao gồm nền đắp và gia tải nếu có) các tư vấn thường tính toán theo cách này và thực tế mất ổn định vẫn xảy ra vì có nhiều yếu tố khó xác định chính xác đặc biệt là trị số áp lực tiền cố kết

Py và cường độ chống cắt khi đất chưa cố kết Co Hiện nay, ngoài phương pháp tính toán dự báo người ta còn dựa vào các kết quả có được từ việc lắp đặt các thiết bị quan trắc để có thể kiểm tra được tính chính xác của tính toán Rất tiếc, trong thực tế các đơn vị thi công lại chưa coi trọng đến công tác quan trắc này nên đã có nhiều sự cố xảy

ra ngay khi đang thi công công trình

1.3.1.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu

Nguyên nhân khác cũng góp phần vào việc gây ra sự cố lún sụt đường dẫn trên

đất yếu với mức độ khá phổ biến là bản thân phương pháp xử lý nền đất yếu Các phương pháp này cần được xem xét dưới góc độ khảo sát thiết kế và thi công như thống

NGUYÊN NHÂN

Cầu Hàm

Rồng

Lún sụt – trượt trồi ta luy nền đường đắp

Nền đắp cao 5,8m

Xử lý nền đất yếu: Đệm cát và bấc thấm

Thiết kế lớp cát đệm dưới nền đường quá mỏng nên bị chìm vào lớp bùn làm gẫy và quằn bấc thấm

do đó bấc thấm mất đi tác dụng thoát nước → nền đường không cố kết như tính toán trong thiết kế → nền đường không chịu được tải trọng của nền đắp cao 5,8m

Nền đắp cao 7,5m

Xử lý nền đất yếu: bấc thấm sâu 14,5m thoát nước thẳng đứng kết hợp với lớp đệm cát 50cm để thoát nước ngang

Sức ép về tiến độ đơn vị thi công đắp tải nhanh do đó không khống chế được tốc độ thoát nước của nước lỗ rỗng, độ lún tổng cộng là 1m trong khi lớp đệm cát thoát nước chỉ là 50cm làm cho lớp đệm cát bị chìm không còn tác dụng thoát nước

Chế độ quan trắc không tuân thủ đúng yếu cầu kỹ thuật do đó không

dự đoán được tình hình để có các biện pháp đối phó trước khi xảy ra

Nền đắp mở rộng chiều cao về phía trái, cao 5,4m bề rộng nền đắp 12,5m, taluy 1/1,5 Tiến hành đắp trực tiếp, không

xử lý

Không khảo sát kỹ địa chất xem nền đắp mở rộng về phía trái như nền đường cũ đắp mở rộng mà không biết bên dưới có túi bùn sâu 15m

Không tính toán được chiều cao đắp giới hạn

Không có hệ thống quan trắc đo độ lún thực tế để có thể dự đoán được tình hình

Cầu Tào

Xuyên

Lún sụt – trượt trồi ta luy nền đường khi đang tiến hành đắp nền đường

Xử lý nền đất yếu: Đệm cát và giếng cát

Thiết kế không quy định tốc độ đắp

do đó khó dự đoán được mức độ tăng cường độ chống cắt của đất yếu

Không có hệ thống quan trắc đo độ lún thực tế để có thể dự đoán được tình hình

Nghiên cứu kỹ các trường hợp bị sự cố ở bảng 1.7 ta nhận thấy một đặc điểm chung của các công trình này là sự thất bại trong phương pháp xử lý nền đất yếu Sự thất bại này là do

Thứ nhất, về lý thuyết dùng bấc thấm là nhằm tăng nhanh độ cố kết của đất dưới tác dụng của tải trọng nền đắp, do đó tăng nhanh được cường độ chống cắt của nền khiến cho có thể tăng nhanh tốc độ đắp Nhưng thực tế các sự cố ở Bảng1 cho thấy dù được

xử lý bằng bấc thấm, nếu không khống chế tốc độ đắp hoặc không dự báo đúng tốc độ tăng cường độ chống cắt của đất yếu thì sự mất cân bằng giữa tải trọng đắp với cường

độ chống cắt trong đất yếu vẫn sẽ xảy ra Trong trường hợp đó có sử dụng bấc thấm và

cả vải địa kỹ thuật trên nền đắp thì cũng không còn tác dụng và việc lạm dụng các biện

pháp đó lại trở nên lãng phí vô ích

Thứ hai, để xảy ra sự cố còn là do trình độ yếu kém của khảo sát, thiết kế và thi công nền đất yếu như không cung cấp chính xác số liệu khảo sát địa chất, không tính toán

dự báo trước chiều cao nền đắp giới hạn, không tính toán được bề dày lớp cát,

Thứ ba, giải pháp đắp gia tải trước để mong tăng nhanh thời hạn chờ lún là giải pháp khi áp dụng cần phải thận trọng do những khó khăn khi khống chế tốc độ đắp nhất là trong hoàn cảnh nhà thầu có trình độ hiểu biết về chuyên môn thấp

Thứ tư, các trường hợp bị sự cố ở Bảng1 thường xảy ra ở những nơi không bố trí hệ thống quan trắc hoặc nếu có bố trí thì không được theo dõi thường xuyên Rõ ràng nếu công tác này được thực hiện chặt chẽ thì có thể dự đoán được được ứng xử của lớp đất nền khu vực xây dựng qua đó có thể có các biện pháp kịp thời để phòng ngừa theo dõi

và phát hiện được sự cố góp phần hạn chế tối đa thiệt hại mà sự cố có thể gây ra Như vậy, với các trường hợp bị sự cố do lún sụt nền đắp trên đất yếu có một phần rất lớn thuộc về lỗi của con người trong đó bao gồm: sự yếu kém về trình độ khảo sát, trình độ thiết kế, sự bất cẩn trong quá trình thi công và giám sát

1.3.1.3 Lún của bản thân nền đắp sau mố cầu

Lún của bản thân nền đắp sau mố cũng là một trong các nguyên nhân gây nên tình trạng lún đường dẫn sau mố Khác với 2 trường hợp kể trên lún bản thân nền đắp sau mố có thể xảy ra ngay cả khi đất nền khu vực xây dựng không phải đất yếu Nghiên cứu các trường hợp gặp sự cố ở Việt Nam cũng như phân tích từ các tài liệu tham khảo nhận thấy bản thân nền đắp sau mố cầu bị lún là do đất đắp sau mố không được đầm nén đủ độ chặt dẫn đến nền đắp tiếp tục bị lún trong quá trình khai thác sau này Do sự hạn chế bởi mặt bằng thi công đặc biệt là sự hạn chế khi đắp và đầm đất trong lòng mố đã dẫn đến việc đất đắp trong khu vực này không được đầm chặt theo đúng yêu cầu kỹ thuật Hơn nữa, đây lại là vị trí nối tiếp giữa cầu và đường nơi có các tải trọng xung kích, trùng phục nên nếu để xảy ra tình trạng lún thì mức độ phát triển lún sẽ nhanh hơn rất nhiều so với các vị trí thông thường khác Bởi vậy khi thi công đắp và đầm đất ở khu vực này người thiết kế nên có quy định thật rõ ràng về độ chặt yêu cầu, vị trí kiểm tra, tần suất kiểm tra để hạn chế đến mức thấp nhất hậu quả do sự

tắc trách và cẩu thả của đơn vị thi công Hơn nữa, đơn vị giám sát cũng nên có những quy định cụ thể về công tác nghiệm thu đắp và đầm đất ở khu vực nhạy cảm này

1.3.2 Nguyên nhân do hệ thống thoát nước mố cầu

1.3.2.1 Ảnh hưởng của việc đọng nước

Một nguyên nhân khác cũng dẫn đến sự cố lún đường dẫn sau mố là sự yếu kém của hệ thống thoát nước khu vực mố cầu Mặc dù trong 140 trường hợp bị sự cố của nghiên cứu này không có trường hợp nào là điển hình nhưng trong thực tế đã có một số công trình cầu bị lún đường dẫn sau mố có nguyên nhân trực tiếp hoặc gián tiếp

từ sự hoạt động kém hiệu quả của hệ thống thoát nước mố cầu Đây cũng là nguyên nhân được đề cập đến nhiều trong các nguyên nhân gây lún đường dẫn sau mố tại các bang Texas, Iowa, thậm chí tại bang Iowa nguyên nhân này chiếm đến 40% các trường hợp lún đường dẫn sau mố

Sự yếu kém của hệ thống thoát nước là kết quả của việc lựa chọn vật liệu đắp không thích hợp hoặc do không chú ý đến công tác bảo trì hệ thống thoát nước và khe co giãn mố cầu Thực tế nhiều công trình có hiện tượng ống thoát nước bị nứt, vỡ, tắc, tầng lọc bị rách Số khác có hiện tượng hư hỏng khe co giãn làm cho nước mưa thấm từ mặt cầu xuống Tất cả các trường hợp trên đều làm cho nước bị tích tụ trong khối đất đắp đầu cầu

Hình 1.4: Hư hỏng ống thoát nước

Khi nước không thoát được trong khối đất đắp thì dù là đất dính hay đất rời cũng làm thay đổi tính chất vật lý, cơ học của đất Việc này dẫn đến các hư hỏng khác như xói mòn đất đắp, mất ổn định mái dốc, gia tăng áp lực thủy tĩnh lên mố cầu Hậu quả của tất cả các hư hỏng này gây ra lún cục bộ tại ví trí tiếp giáp giữa mố cầu và đường dẫn Thậm chí nếu

Ống thoát nước bị tắc Ống thoát nước bị tắc

đất đắp có tính chất trương nở thì hậu quả mà nó gây ra là vô cùng nghiêm trọng ( mặc dù trường hợp này hiếm gặp với các công trình xây dựng ở Việt Nam)

Hình 1.5: Nước thấm qua khe co giãn mố cầu

1.3.2.2 Ảnh hưởng của xói mòn khối đất đắp mố cầu

Nước bị ứ đọng không thoát được gây xói mòn đất ở trước và sau mố cầu Briaud trong nghiên cứu của mình đã đề cập đến hiện tượng này và đã chỉ ra loại vật liệu dễ bị xói nhất là loại vật liệu có đường cong phân bố cỡ hạt nằm trong phạm vi như sau

Hình 1.6: Kích cỡ hạt dễ bị xói

Nước thấm từ mặt cầu

xuống thân mố

Nước thấm từ mặt cầu xuống đất đắp trước

mố

Hình 1.7: Xói mòn mái dốc trước mố cầu

Hình 1.8: Xói mòn cục bộ dưới bản quá độ

Xói mòn đất đắp ở trước và sau mố làm giảm thể tích đất đắp dẫn đến các hiện tượng lún cục bộ đất đắp sau mố Trong một số trường hợp khác xói mòn tạo thành các lỗ hổng ngay tại mặt trong của tường thân mố làm cho mố cầu bị dịch chuyển Mặt khác, nếu lỗ hổng này phát triển bên dưới bản quả độ sẽ dẫn đến sự thay đổi sơ đồ làm việc của bản quá độ kết quả gây ra nứt vỡ thậm chí gãy bản quá độ Hậu quả của các trường hợp trên là xuất hiện lún cục bộ tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu

1.3.2.3 Mất ổn định mái dốc của ta luy đất đắp mố cầu

Một hệ quả khác của sự xói mòn là sự mất ổn định mái dốc của ta luy đất đắp mố cầu Khi đất ở tường trước mất đi trọng lực để chống lại chuyển vị lật của mố bị giảm dẫn đến khả năng mất ổn định mái dốc ( bao gồm cả đất đắp và mố cầu) Hơn nữa khi hệ thống thoát nước kém thì ngay cả không xảy ra hiện tượng xói mòn thì đất tích nước cũng

bị giảm sức chống cắt dẫn đến mất ổn định mái dốc và hậu quả là cả khối đất đắp và mố

cầu cùng bị phá hoại Khi đó lún sụt đường dẫn sau mố cầu là không thể trách khỏi

Xói mòn trước mố cầu

Xói mòn giữa thân mố và mái dốc

Hình 1.9: Mất ổn định mái dốc

1.3.3 Ảnh hưởng của ma sát âm tới hiện tượng lún nền đường dẫn sau mố

1.3.3.1 Định nghĩa hiện tượng ma sát âm

Đối với công trình có sử dụng móng cọc, khi cọc được đóng vào trong tầng đất nền có quá trình cố kết chưa hoàn toàn Nếu tốc độ lún cố kết của nền đất nhanh hơn tốc

độ lún của cọc theo chiều đi xuống, thì sự lún tương đối này phát sinh ra lực kéo xuống của tầng đất đối với cọc làmgiảm khả năng chịu tải của cọc gọi là hiện tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi là lực ma sát âm

Lực ma sát âm xảy ra trên một phần thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún của đất xung quanh cọc và tốc độ lún của cọc Lực ma sát âm có chiều hướng thẳnng đứng xuống dưới, có khuynh hướng kéo cọc đi xuống, do đó làm tăng lực tác dụng lên cọc Ta có thể

so sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sát dương thông qua hình sau:

Hình 1.10 Ma sát âm quanh cọc

(a) Sự phát sinh ma sát dương

(b) Ma sát âm có lớp đất mới đắp xảy ra sự cố do trọng lượng bản thân

(c) Ma sát âm khi lớp sét xốp cố kết do thoát nước hoặc có them lớp đất mới đắp

1.3.3.2 Nguyên nhân gây ra lực ma sát âm

Một điều dễ dàng nhận thấy rằng, mặc dù ở đây thậm chí tồn tại lún tại lớp đất xung quanh cọc, lực kéo xuống (ma sát âm) sẽ không xuất hiện nếu sự dịch chuyển xuống phía dưới của cọc dưới tác dụng của tĩnh tải lớn hơn sự lún của đất nền Vì vậy, mối quan hệ giữa biến dạng lún của nền và biến dạng lún của cọc là nền tảng cơ bản để lực ma sát âm xuất hiện Quá trình xuất hiện ma sát âm được đặc trưng bởi độ lún của đất gần cọc và độ lún tương ứng của đất lớn hơn độ lún và tốc độ lún của cọc xảy ra do tác động của tải trọng Trong trường hợp này đất gần như buông khỏi cọc, còn tải trọng thêm sẽ cộng vào tải trọng ngoài tác dụng lên cọc Thông thường hiện tượng này xảy ra trong trường hợp cọc xuyên qua đất có tính cố kết và độ dày lớn; khi có phụ tải tác dụng trên mặt đất quanh cọc

a) Khi nền công trình được tôn cao, gây ra tải trọng phụ tác dụng xuống lớp đất phía dưới làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên dưới; hoặc chính bản thân lớp nền đắp dưới tác dụng của trọng lượng bản thân cũng xảy ra quá trình cố kết Ta có thể xem xét cụ thể trong các trường hợp sau:

- Trường hợp (a): khi có một lớp đất sét đắp phía trên một tầng đất dạng hạt mà cọc sẽ xuyên qua nó, tầng đất đắp sẽ cố kết dần dần Quá trình cố kết này sẽ sinh ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc trong suốt quá trình cố kết

- Trường hợp (b): khi có một tầng đất dạng hạt đắp ở phía trên một tầng đất sét yếu, nó sẽ gây ra quá trình cố kết trong tầng đất sét và tạo ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc

- Trường hợp (c): khi có một tầng đất dính đắp ở phía trên một tầng đất sét yếu,

nó sẽ gây ra quá trình cố kết trong cả tầng đất đắp và trong tầng đất sét và tạo lực ma sát

âm tác dụng vào cọc

Trong trường hợp các cọc được tựa trên nền đất cứng và có tồn tại tải trọng bề mặt, có thể xảy ra các trường hợp sau:

- Trường hợp (d): với tầng cát lỏng sẽ có biến dạng lún tức thời, đặc biệt khi đất nền chịu sự rung động hoặc sự dao động của mực nước ngầm; sự tác động của tải trọng