Nghiên cứu ứng dụng giải pháp sàn giảm tải mềm trong việc xử lý chuyển tiếp độ lún đường đầu cầu đắp trên đất yếu,luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ---@&?--- NGUYỄN VĂN SỬU NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP SÀN GIẢM TẢI MỀM TRONG VIỆC XỬ LÝ CHUYỂN TIẾP ĐỘ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU LUẬN VĂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-@&? -

NGUYỄN VĂN SỬU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP SÀN GIẢM TẢI MỀM TRONG VIỆC XỬ LÝ CHUYỂN TIẾP ĐỘ LÚN

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-@&? -

NGUYỄN VĂN SỬU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP SÀN GIẢM TẢI MỀM TRONG VIỆC XỬ LÝ CHUYỂN TIẾP ĐỘ LÚN

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ: 60 - 58 - 30

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS VŨ THẾ SƠN

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 25 tuần chuẩn bị, luận văn tốt nghiệp của em đã được hoàn thành Qua đây em xin chân thành cảm ơn:

o Ban giám hiệu trường Đại Học Giao Thông Vận Tải;

o Bộ môn Đường Bộ;

o Cùng gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành

luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Vũ Thế Sơn, TS Chu Công Minh, TS Lê Văn Bách trong thời gian qua đã tận tình giúp đỡ em về chuyên môn

Tuy nhiên vì thời gian có hạn và sự hạn chế về kiến thức nên luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự góp ý của GVHD và GVĐD để em có thêm kiến thức và kinh nghiệm trong thời gian công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2011

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHUÏ LUÏC

PHỤ LỤC 1 TÍNH TOÁN SÀN GIẢM TẢI MỀM CẦU BÌNH LỢI – MỐ A2

PHỤ LỤC 1A BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

PHỤ LỤC 1B KẾT QUẢ TÍNH LÚN

PHỤ LỤC 1C KẾT QUẢ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỌC

PHỤ LỤC 1D TÍNH TOÁN CHUYỂN TIẾP LÚN (GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT GIA

CỐ XI MĂNG)

PHỤ LỤC 1E

KẾT QUẢ KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH

PHỤ LỤC 1F

TÍNH TOÁN CỐT TĂNG CƯỜNG

PHỤ LỤC 2 TÍNH TOÁN SÀN GIẢM TẢI MỀM CẦU RẠCH LĂNG – MỐ

A1

PHỤ LỤC 2A BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

PHỤ LỤC 2B KẾT QUẢ TÍNH LÚN

PHỤ LỤC 2C KẾT QUẢ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỌC

PHỤ LỤC 2D TÍNH TOÁN CHUYỂN TIẾP LÚN (GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT GIA

CỐ XI MĂNG)

PHỤ LỤC 2E

KẾT QUẢ KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH

PHỤ LỤC 2F

TÍNH TOÁN CỐT TĂNG CƯỜNG

PHỤ LỤC 3 TÍNH TOÁN SÀN GIẢM TẢI CẦU BÌNH LỢI – MỐ A2

PHUÏ LUÏC 3A SOÁ LIEÄU ÑÒA CHAÁT LOÃ KHOAN BB-B18

PHỤ LỤC 3B KẾT QUẢ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI

PHỤ LỤC 3C KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐẦU CỌC

PHỤ LỤC 3D

KẾT QUẢ KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH

PHỤ LỤC 4 TÍNH TOÁN SÀN GIẢM TẢI RẠCH LĂNG – MỐ A1

PHUÏ LUÏC 4A SOÁ LIEÄU ÑÒA CHAÁT LOÃ KHOAN BB-R2

PHỤ LỤC 4B KẾT QUẢ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI

PHỤ LỤC 4C KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐẦU CỌC

PHỤ LỤC 4D

KẾT QUẢ KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH

PHỤ LỤC 5 TÍNH TOÁN SO SÁNH GIÁ THÀNH

PHỤ LỤC 6

CÁC BẢN VẼ ĐIỂN HÌNH

MỤC LỤC

-˜707™ - CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG 11.1 Tính cấp thiết của đề tài 11.2 Mục đích nghiên cứu 41.3 Đối tượng nghiên cứu 51.4 Phạm vi nghiên cứu 51.5 Nội dung nghiên cứu 51.6 Phương pháp nghiên cứu 51.7 Bố cục của luận văn 5CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU 72.1 Đặt vấn đề 72.2 Những vấn đề chung về đất yếu 7

3.2.1 Giải pháp xử lý đất yếu đường đầu cầu thường hay áp dụng 22

3.3 Kết luận chương 3 29

4.1 Đặt vấn đề 304.2 Tổng quan về Sàn giảm tải mềm 31

HCM đề nghị 47

4.8 Thiết kế cốt đáy tăng cường 49

4.11 Tính toán nội lực đầu cọc 66

4.12 Hệ số an toàn 704.13 Qui trình công nghệ thi công Sàn giảm tải mềm 704.14 Kết luận chương 4 72

TRÊN ĐẤT YẾU 745.1 Đặt vấn đề 74

5.3.1 Xác định loại cọc, kích thước cọc, kích thước mũ cọc, chiều dài cọc 75

5.4 Tính toán xử lý nền cho đoạn trước Sàn giảm tải mềm 86

5.5 Tính toán giải pháp so sánh - Giải pháp Sàn giảm tải 90

5.6 Tính toán so sánh giá thành 995.7 Kết luận chương 5 100CHƯƠNG 6 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1016.1 Kết quả thu được 101

6.2 Một số tồn tại 102

6.3 Kiến nghị và hướng tiếp tục nghiên cứu của luận văn 103

PHỤ LỤC

-˜707™ - Phụ lục 1 - Tính toán Sàn giảm tải mềm Cầu Bình Lợi - Mố A2

+ Phụ lục 1A - Bảng tổng hợp kết quả tính toán

+ Phụ lục 1B - Kết quả tính lún

+ Phụ lục 1C - Kết quả tính toán sức chịu tải cọc

+ Phụ lục 1D - Tính toán chuyển tiếp lún (giải pháp Cọc đất gia cố xi măng)

+ Phụ lục 1E - Kết quả kiểm toán ổn định

+ Phụ lục 1F - Tính toán cốt tăng cường

Phụ lục 2 - Tính toán Sàn giảm tải mềm Cầu Rạch Lăng - Mố A1

+ Phụ lục 2A - Bảng tổng hợp kết quả tính toán

+ Phụ lục 2B - Kết quả tính lún

+ Phụ lục 2C - Kết quả tính toán sức chịu tải cọc

+ Phụ lục 2D - Tính toán chuyển tiếp lún (giải pháp Cọc đất gia cố xi măng)

+ Phụ lục 2E - Kết quả kiểm toán ổn định

+ Phụ lục 2F - Tính toán cốt tăng cường

Phụ lục 3 - Tính toán Sàn giảm tải Cầu Bình Lợi - Mố A2

+ Phụ lục 3A - Số liệu địa chất lỗ khoan BB - B18

+ Phụ lục 3B - Kết quả tính toán sức chịu tải cọc

+ Phụ lục 3C - Kết quả tính toán tải trọng đầu cọc

+ Phụ lục 3D - Kết quả kiểm toán ổn định

Phụ lục 4 - Tính toán Sàn giảm tải Cầu Rạch Lăng - Mố A1

+ Phụ lục 4A - Số liệu địa chất lỗ khoan BB - R2

+ Phụ lục 4B - Kết quả tính toán sức chịu tải cọc

+ Phụ lục 4C - Kết quả tính toán tải trọng đầu cọc

+ Phụ lục 4D - Kết quả kiểm toán ổn định

Phụ lục 5 - Tính toán so sánh giá thành

Phụ lục 6 - Các bản vẽ điển hình

DANH MỤC BẢNG

-˜707™ -

Bảng 1: Tóm tắt chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất Cầu Bình Lợi 13 Bảng 2: Tóm tắt chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất Cầu Rạch Lăng 17 Bảng 3: So sánh các giải pháp xử lý nền đường đầu cầu [12], [14] 27 Bảng 4: Tóm tắt các hệ số riêng phần 42 Bảng 5: Hệ số tạo vòm C c đối với nền đắp đặt trên cọc có cốt đáy tăng cường 45 Bảng 6: Tốc độ thiết kế và độ dốc dọc lớn nhất của đường theo JRA 1983 46 Bảng 7: Tính khoảng cách L 0 bằng vận tốc chuyển động của xe 47 Bảng 8: Phân loại kết cấu tùy thuộc hậu quả phá hoại công trình 53 Bảng 9: Bảng tra hệ số W 57 Bảng 10: Độ cố kết đạt được phụ thuộc vào nhân tố T v ; U=f(T v ) 63 Bảng 11: Chiều dài cọc sàn giảm tải mềm 77 Bảng 12: Xác định khoảng cách giữa các cọc 78 Bảng 13: Kết quả tính toán vị trí hàng cọc ngoài cùng L p 78 Bảng 14: Kết quả tính toán L 0 theo Phương pháp phần tử hữu hạn 79 Bảng 15: Kết quả tính toán L 0 theo Phương pháp dốc dọc 80 Bảng 16: Kết quả tính toán chiều dài vùng tiếp cận cầu L 0 80 Bảng 17: Số liệu phục vụ tính toán Cốt tăng cường 81 Bảng 18: Kết quả tính toán cốt tăng cường 81 Bảng 19: Lực kéo lớn nhất trong cốt 82 Bảng 20: Tổng hợp kết quả tính toán Sàn giảm tải mềm cho cầu Bình lợi - Mố A2 83 Bảng 21: Tổng hợp kết quả tính toán Sàn giảm tải mềm cho cầu Rạch Lăng - Mố A1 85 Bảng 22: Độ lún tổng của Cọc đất gia cố xi măng 89

Bảng 23: Kết quả tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm 90 Bảng 24: Kết quả tính toán sức kháng thành cọc 91 Bảng 25: Kết quả tính toán sức kháng mũi cọc 93 Bảng 26: Kết quả tính toán sức kháng cọc 93 Bảng 27: Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc 94 Bảng 28: Kết quả tính toán tĩnh tải 96 Bảng 29: Kết quả tính toán hoạt tải 97 Bảng 30: Tổ hợp tải trọng tính toán 98 Bảng 31: Kết quả tính toán tải trọng đầu cọc 99 Bảng 32: Tính toán so sánh giải pháp 100

DANH MỤC HÌNH

-˜707™ -

Hình 1: Ứng dụng giải pháp Sàn giảm tải mềm ở nước ngoài 2 Hình 2: Lún ở cuối sàn giảm tải sau thời gian đưa vào khai thác 3 Hình 3: Giải pháp Sàn giảm tải mềm với chiều dài cọc thay đổi 4 Hình 4: Mặt cắt ngang đại diện Giải pháp Sàn giảm tải mềm 4 Hình 5: Dự án Đường Tân Sơn Nhất - Bình Lợi - Vành đai ngoài 10 Hình 6: Độ ẩm, dung trọng và hệ số rỗng của lớp 1 - Cầu Bình Lợi 14 Hình 7: Giới hạn chảy và giới hạn dẻo của lớp 1 - Cầu Bình Lợi 14 Hình 8: Chỉ số chảy và chỉ số dẻo của lớp 1 - Cầu Bình Lợi 15 Hình 9: Đặc trưng biến dạng của lớp bùn sét - Cầu Bình Lợi 15 Hình 10: Độ ẩm, dung trọng và hệ số rỗng của lớp 1 - Cầu Rạch Lăng 18 Hình 11: Giới hạn chảy và giới hạn dẻo của lớp 1 - Cầu Rạch Lăng 18 Hình 12: Chỉ số chảy và chỉ số dẻo của lớp 1 - Cầu Rạch Lăng 19 Hình 13: Đặc trưng biến dạng của lớp bùn sét - Cầu Rạch Lăng 19 Hình 14: Giải pháp Giếng cát 23 Hình 15: Giải pháp Bấc thấm 23 Hình 16: Giải pháp Cọc đất xi măng 25 Hình 17: Giải pháp Sàn giảm tải 26 Hình 18 : Giải pháp Thay đất 26 Hình 19: Giải pháp Sàn giảm tải mềm 31 Hình 20: Mô hình Sàn giảm tải mềm 32 Hình 21: Chuyển tiếp lún sau quá trình khai thác của Sàn giảm tải mềm 32 Hình 22: Cơ chế truyền tải trọng trong sàn giảm tải mềm 33

Hình 23: Mô hình hiệu ứng vòm 34 Hình 24: Hiệu ứng vòm được mô hình trong Plaxis 35 Hình 25: Móng quy ước trong đất nền đồng nhất 36 Hình 26: Móng quy ước khi cọc xuyên qua lớp đất yếu tựa vào lớp đất tốt 37 Hình 27: Dự tính sức chịu tải cực hạn của cọc 37 Hình 28: Khả năng chịu tải của nhóm cọc 39 Hình 29: Phạm vi bố trí nhóm cọc 39 Hình 30: Tải trọng thẳng đứng phân bố trên mũ cọc 40 Hình 31: Ổn định trượt ngang của vật liệu đắp 40 Hình 32: Ổn định tổng thể của nền đắp đặt trên cọc 40 Hình 33: Dãn quá mức trong cốt tăng cường 41 Hình 34: Lún móng cọc 41 Hình 35: Giới hạn ngoài của mũ cọc 43 Hình 36: Phương pháp dốc dọc do tác giả đề nghị 48 Hình 37: Sơ đồ tính lực kéo theo hướng dọc nền đắp 49 Hình 38: Sơ đồ tính lực kéo theo hướng ngang nền đắp 50 Hình 39: Sơ đồ tính cốt tăng cường theo phương pháp Collin 56 Hình 40: Đào hữu cơ, thi công vải địa kỹ thuật và lớp cát hạt mịn 71 Hình 41: Thi công cọc Sàn giảm tải mềm 71 Hình 42: Thi công Sàn giảm tải mềm 72 Hình 43: Thi công hoàn thiện nền mặt đường 72

CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG

-˜707™ -

1.1 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 xử 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 đặt ra vấn đề chinh phục và sử dụng đất yếu, trước hết là xây dựng các tuyến giao thông, các tuyến đê lấn biển, cầu cảng,… trên nền đất yếu [16] Đoạn đường đắp vào cầu là một trong những hạng mục quan trọng của cầu đường trong giao thông đường bộ, là bộ phận chiếm tỷ trọng nhỏ về kinh phí đầu tư cho cơ sở hạ tầng Mặt 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 [17]

Tuy nhiên, hầu hết nhiều đoạn đường đắp vào cầu mới đưa vào sử 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 vẻ đẹp kiến trúc của công trình cầu đường Nếu sửa chữa được thường đi kèm với chi phí thời gian và hao tổn ngân sách, chưa kể đôi khi những hư hỏng này còn có thể gây ra hậu quả đáng tiếc khác Những giải pháp xử 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 [17]

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 gẫy, 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 sư chênh lệch về độ cứng rất rõ Phần đường dẫn nếu không 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 vẫn đề phức tạp, cần giải quyết ngay từ khâu thiết kế [17]

Ở một số nước trên thế giới đã sử dụng cốt tăng cường trên hệ cọc bê tông cốt thép để xử

lý nền đường đầu cầu Hệ cọc được thi công phức tạp bằng cách sử dụng máy chuyên dụng

cắm ống nhựa, lắp cốt thép và bơm bê tông (hình 1) Trong công tác xử lý nền ở nước ta chưa thể ứng dụng vì khó khăn trong chuyển giao công nghệ

Hiện nay, ở nước ta có rất nhiều giải pháp xử lý đất yếu ở đường dẫn đầu cầu mang tính hiệu quả cao như: Bấc thấm, Giếng cát, Cọc đất gia cố xi măng,… Giải pháp triệt để thường được sử dụng là kéo dài cầu để giảm chiều cao đất đắp hoặc sử dụng sàn giảm tải bằng các bản bê tông cốt thép đặt trên nền cọc bê tông cốt thép gánh đỡ đất đắp đường đầu cầu, cả hai giải pháp này đều rất đắt [1] Mặt khác, ở giải pháp Sàn giảm tải trên nền cọc bê tông cốt thép thì ở phần đuôi sàn cũng xảy ra hiện tượng lún không đều (hình 2)

Hình 1: Ứng dụng giải pháp Sàn giảm tải mềm ở nước ngoài

Trong tiêu chuẩn 22 TCN 211 - 06 [3], độ lún cố kết cho phép còn lại trong thời hạn thiết

kế 15 năm đối với đường đầu cầu là 10 cm, với các đoạn nền đắp thông thường là 30 cm

Vấn đề quan trọng là cần xem xét, đánh giá, tìm ra giải pháp xử lý 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, đề xuất giải pháp sử dụng cốt tăng cường (vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật) kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép có chiều dài thay đổi gọi tắt là “Sàn giảm tải mềm” (hình 3 và hình 4), giải pháp này hiện chưa được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng cầu đường tại Việt Nam

Đó chính là lý do nghiên cứu của đề tài: ”Nghiên cứu ứng dụng giải pháp Sàn giảm tải mềm trong việc xử lý chuyển tiếp độ lún đường đầu cầu đắp trên đất yếu”

Hình 2: Lún ở cuối sàn giảm tải sau thời gian đưa vào khai thác

Hình 3: Giải pháp Sàn giảm tải mềm với chiều dài cọc thay đổi

Hình 4: Mặt cắt ngang đại diện Giải pháp Sàn giảm tải mềm

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng giải pháp Sàn giảm tải mềm trong việc xử lý chuyển tiếp độ lún

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu sự làm việc của đất nền và Sàn giảm tải mềm

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Chỉ xét đường đầu cầu đắp trên đất yếu nói chung Trên cơ sở đó, tác giả đi sâu phân tích tính toán áp dụng vào việc xử lý đất yếu đường đầu cầu của một số cầu thuộc Dự án Đường Tân Sơn Nhất - Bình Lợi - Vành đai ngoài

1.5 Nội dung nghiên cứu

Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu các vấn đề sau:

- Khái niệm, phân loại và nguồn gốc hình thành của đất yếu

- Đặc điểm của đất yếu thuộc Dự án Đường Tân Sơn Nhất - Bình Lợi - Vành đai ngoài

- Một số giải pháp xử lý đất yếu đường đầu cầu

- Phân tích tính toán về Sàn Giảm tải mềm

- Tính toán xử lý chuyển tiếp độ lún đường đầu cầu đắp trên đất yếu Lựa chọn hai hoặc ba Cầu trong khu vực nghiên cứu để tính toán

- Tính toán so sánh giá thành với giải pháp xử lý nền thường hay áp dụng

1.6 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp mô hình hoá Từ việc phân tích điều kiện làm việc của đường dẫn đầu cầu, tác giả tiến hành lựa chọn mô hình tính toán cho một số cầu thuộc dự án trên

Luận văn kết hợp giữa phân tích lý thuyết cùng với việc ứng dụng tin học trong tính toán

Mô hình và phương pháp tính toán sẽ được đánh giá bằng phương pháp chuyên gia

1.7 Bố cục của luận văn

Nội dung của luận văn xây dựng theo mục tiêu và nhiệm vụ đã đề ra, được bố cục như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Tổng quan về đất yếu

Chương 3: Một số giải pháp xử lý đất yếu đường đầu cầu

Chương 4: Cơ sở phân tích tính toán về Sàn giảm tải mềm

Chương 5: Tính toán xử lý chuyển tiếp độ lún đường đầu cầu đắp trên đất yếu

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Toàn bộ luận văn được trình bày trên 106 trang giấy khổ A4 (không bao gồm mục lục),

43 hình vẽ, 32 bảng biểu