Phân tích ảnh hưởng lún không đều theo phương ngang của nền mặt đường nâng cấp mở rộng và đánh giá lại thiết kế của dự án nâng cấp quốc lộ 1a đoạn qua thanh hóa

Vì vậy tác giả chọn tên đề tài “Phân tích ảnh hưởng lún không đều theo phương ngang của nền mặt đường nâng cấp mở rộng và đánh giá lại thiết kế của dự án nâng cấp quốc lộ 1A đoạn qua Tha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

LÊ HOÀNG

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG CỦA NỀN MẶT ĐƯỜNG NÂNG CẤP MỞ RỘNG VÀ ĐÁNH GIÁ LẠI THIẾT KẾ CỦA DỰ ÁN NÂNG CẤP QUỐC LỘ

1A ĐOẠN QUA THANH HÓA

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ: 60580205

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS BÙI PHÚ DOANH

Trong quá trình thực hiện luận văn từ lúc ý tưởng còn thai nghén cho đến ngày hoàn thành đã gặp rất nhiều khó khăn từ nguồn tài liệu tham khảo ít ỏi, phương pháp tư duy cho đến phương pháp tính toán, xử lý số liệu Đến nay, luận văn đã hoàn thành đúng mục tiêu đề ra và thời hạn cho phép

Lời đầu tiên, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Bùi Phú

Doanh, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thiện luận văn Cơ hội được làm việc với TS Bùi Phú Doanh đã tạo cho tác giả một sức bậc mới trong chuyên môn và nhiều kinh nghiệm trong cuộc sống

Tác giả chân thành cảm ơn các thầy trong Khoa Cầu Đường, đặc biệt là Bộ môn Đường ôtô và đường đô thị đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế trong thời gian học tập của khóa học

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Khoa đào tạo sau đại học - Đại học Xây dựng

và Khoa đào tạo sau đại học - Đại học Hồng Đức đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ để tác giả hoàn thành khóa học

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp trong Ban QLDA GT

II Thanh Hóa đã tạo điều kiện về thời gian và hỗ trợ trong công tác để tác giả thuận lợi trong quá trình học tập cũng như làm tốt nghiệp

Tác giả chân thành cảm ơn tập thể lớp Cao học Xây dựng đường ôtô và đường thành phố, Thanh Hóa khóa 2009 đã hỗ trợ rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Lời cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình tác giả đã luôn bên cạnh động viên, hỗ trợ và chăm sóc chu đáo để tác giả hoàn thành khóa học

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng, tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu có uy tín song kiến thức là vô hạn mà khả năng của tác giả lại hữu hạn nên đôi lúc khó tránh khỏi những thiển ý, những sai sót nhất định Tác giả rất mong nhận được sự đóng

như của độc giả

Tác giả

Lê Hoàng

Trang

Trang phụ bìa……… i

Lời cảm ơn……… ii

Mục lục……… iv

Danh mục các bảng……… vii

Danh mục các hình……… viii

Danh mục các chữ viết tắt………xii

Lời giới thiệu……… xiii

MỞ ĐẦU 1

1 SỰCẦNTHIẾTCỦAĐỀTÀI 1

2 MỤCTIÊUNGHIÊNCỨUCỦALUẬNVĂN 2

3 ĐỐITƯỢNGNGHIÊNCỨU 2

4 PHẠMVINGHIÊNCỨU 2

5 PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 2

6 NHỮNGĐÓNGGÓPCỦALUẬNVĂN 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 HIỆN TRẠNG VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG 4

1.2CÁCKẾTQUẢNGHIÊNCỨUVỀHIỆNTƯỢNGLÚNKHÔNGĐỀUTHEO PHƯƠNGNGANGCỦANỀNĐƯỜNGỞVIỆTNAM 9

1.3CÁCKẾTQUẢNGHIÊNCỨUVỀHIỆNTƯỢNGLÚNKHÔNGĐỀUTHEO PHƯƠNGNGANGCỦANỀNĐƯỜNGTRÊNTHẾGIỚI 9

1.4MỘTSỐQUYĐỊNHVỀĐỘLÚNCỦACÔNGTRÌNHĐƯỜNGTHEOTIÊU CHUẨNVIỆTNAM 10

1.5KẾTLUẬN 14

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG 15

PHƯƠNGNGANG 15

2.1.1 Với tuyến đường đắp trên sườn dốc 15

2.1.2 Với tuyến thiết kế đắp mới hoàn toàn 18

2.1.3 Với tuyến thiết kế nâng cấp mở rộng nền đường đắp trên đất yếu 19

2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀNĐẤTYẾU 21

2.2.1 Mục đích của việc tính lún 21

2.2.2 Khái niệm độ lún của nền đường đắp qua vùng đất yếu 22

2.2.3 Phương pháp xác định độ lún tổng cộng 24

2.2.4 Tính toán độ lún cố kết 24

2.2.5 Phương pháp tính toán lún theo Quy trình 22TCN 262-2000 25

2.3 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN THEO PHƯƠNG NGANG ĐỐIVỚI NỀN ĐƯỜNGNÂNGCẤPMỞRỘNGĐẮPTRÊNĐẤTYẾU 29

2.3.1 Quy luật phân bố độ lún theo phương ngang 29

2.3.2 Mô hình tính toán độ lún 31

2.4KẾTLUẬN 32

CHƯƠNG 3 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN KHẢO SÁT CÁC BÀI TOÁN VỀ LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG, ĐÁNH GIÁ LẠI THIẾT KẾ DỰ ÁN NÂNG CẤP CẢI TẠO QUỐC LỘ 1 A ĐOẠN QUA THANH HÓA 33

3.1 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁNĐỊAKỸTHUẬT 33

3.1.1 Khái niệm 33

3.1.2 Nội dung 34

3.1.3 Ứng dụng trong tính toán địa kỹ thuật 35

3.2GIỚITHIỆUPHẦNMỀMLỰACHỌN 36

3.3BÀITOÁNKHẢO SÁTHIỆN TƯỢNGLÚNKHÔNGĐỀUTHEOPHƯƠNG NGANG 37

3.3.2 Sơ đồ tính 38

3.4 KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG CỦANỀNĐƯỜNGNÂNGCẤPMỞRỘNGBẰNGPHẦNMỀMGEOSIGMA 39 3.4.1 Các số liệu đầu vào của bài toán 39

3.4.2 Xây dựng mô hình tính trong phần mềm Geo Sigma 40

3.4.3 Kết quả tính toán 45

3.5SỬDỤNGKẾTQUẢCỦAPPPHẦNTỬHỮUHẠNĐÁNH GIÁLẠITHIẾT KẾDỰÁNNÂNGCẤPCẢITẠOQUỐCLỘ1AĐOẠNQUATHANHHÓA 69

3.5.1 Giới thiệu dự án 69

3.5.2 Giới thiệu đoạn xử lý địa chất yếu 70

3.6KẾTLUẬN 75

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1-1: Độ lún cố kết cho phép còn lại trong thời hạn 15 năm tại tim đường sau khi thi công xong kết cấu áo đường: 11

hoàn thành công trình 12

Bảng 3.2: Tương quan độ lún tại các vị trí khác nhau theo biến thiên chiều cao H 51

Bảng 3.4: Tương quan độ lún tại các vị trí khác nhau theo biến thiên độ mở rộng B 60 Bảng 3.5: Tương quan độ lún tại các vị trí khác nhau theo biến thiên chiều cao đắp

H sơ đồ 2 68

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang Hình 1 : Vết lún nứt kéo dài phát triển thành phá hoại mặt đường trên quốc lộ 1A đoạn qua xã Ninh Giang ( Hoa Lư - Ninh Bình) 2 Hình 1.1: Lún không đều theo phương ngang tại Km66 đường quốc lộ 45 7 Hình 1.2: Lún không đều theo phương ngang kéo dài 400m tại Km65 đường QL45 7 Hình 1.3: Vết nứt dài gần 200m Tại km68 thuộc địa phận xã Thuận Hóa, huyện Tuyên Hóa đường nối Cảng biển Vũng Áng (Hà Tĩnh) với Cửa khẩu Cha Lo

(Quảng Bình) 7 Hình 1.4: Lún nứt kéo dài hàng chục mét trên quốc lộ 1A đoạn qua xã Ninh Giang ( Hoa Lư - Ninh Bình) 8 Hình 1.5: Vết lún nứt kéo dài phát triển thành phá hoại mặt đường trên quốc lộ 1A đoạn qua xã Ninh Giang ( Hoa Lư - Ninh Bình) 8 Hình 2.1: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp trên sườn dốc 16 Hình 2.2: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp trên sườn dốc 17 Hình 2.3: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp trên sườn dốc bên trái 17 Hình 2.4: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp trên sườn dốc bên phải 18 Hình 2.5: Tải trọng đất đắp trong trường hợp đường làm mới 19 Theo nghiên cứu của tác giả Bùi Trung Kiên [15] đối với mặt cắt ngang nền đường đắp hoàn toàn hiện tượng lún không đều theo phương ngang được giải quyết thông qua việc thiết kế mặt cắt ngang đắp bù lún có hình dáng tường thích với quy luật lún

do tác giả đề ra 19

cạp một bên trái 20

Hình 2.7: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang nâng cấp mở rộng đắp cạp hai bên 21

Hình 2.9: Mô hình tính toán đối với nền đường mở rộng 1 bên 31

Hình 2.10: Mô hình tính toán đối với nền đường mở rộng 2 bên 32

Hình 3.1:Lưới và phần tử cơ bản 36

Hình 3.2: Sơ đồ 1 tính cho mặt cắt ngang đắp cạp 1 bên 38

Hình 3.3: Sơ đồ 2 tính cho mặt cắt ngang đắp cạp 2 bên 39

Hình 3.4: Mô hình khai báo 1 tính cho mặt cắt ngang mở rộng 1 bên 44

Hình 3.5: Mô hình khai báo 2 tính cho mặt cắt ngang mở rộng 2 bên 45

Hình 3.6: Lưới biến dạng mặt cắt theo phương ngang đường trong trường hợp chiều cao đắp mở rộng cao 3m 45

Hình 3.7: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp cao 3m 46

Hình 3.8: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp cao 3m 46

Hình 3.9: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp cao 4m 47 Hình 3.10: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp cao 4m 47

Hình 3.11: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp cao 4m 48

Hình 3.12: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp cao 6m 48

Hình 3.13: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp cao 6m 49

Hình 3.14: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp cao 6m 49

Hình 3.15: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp cao 8m 50

Hình 3.16: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp cao 8m 50

Hình 3.17: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp cao 8m 51

Hình 3.18: Biểu đồ lún tại điểm 1-4 sơ đồ 1 với chiều cao phần đắp mở rộng H= 3, 4, 6, 8 m 52

53 Hình 3.20: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp rộng 5m 53 Hình 3.21: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp rộng 5m 53 Hình 3.22: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp rộng 10m 54 Hình 3.23: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp rộng 10m 54 Hình 3.24: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp rộng 10m 55 Hình 3.25: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp rộng 15m 55 Hình 3.26: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp rộng 15m 56 Hình 3.27: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp rộng 15m 56 Hình 3.28: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp rộng 20m 57 Hình 3.29: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp rộng 20m 57 Hình 3.30: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp rộng 20m 58 Hình 3.31: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp rộng 20m 58 Hình 3.32: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 4 trường hợp đắp cạp rộng 25m 59 Hình 3.33: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 4’ trường hợp đắp cạp rộng 25m 59

B =5, 10, 15, 20, 25m 60 Hình 3.35: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp 2 bên cao 3m 61 Hình 3.36: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 5 trường hợp đắp cạp 2 bên cao 3m 62 Hình 3.37: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 5’ trường hợp đắp cạp 2 bên cao 3m 62 Hình 3.38: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp 2 bên cao 4m 63 Hình 3.39: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 5 trường hợp đắp cạp 2 bên cao 4m 63

Hình 3.41: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp 2 bên cao 6m 65 Hình 3.42: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 5 trường hợp đắp cạp 2 bên cao 6m 65 Hình 3.43: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 5’ trường hợp đắp cạp 2 bên cao 6m 66 Hình 3.44: Lưới biến dạng mặt cắt ngang đường trong trường hợp đắp cạp 2 bên cao 8m 67 Hình 3.45: Biểu đồ lún tại điểm 1 đến điểm 5 trường hợp đắp cạp 2 bên cao 8m 67 Hình 3.46: Biểu đồ lún tại điểm 1’ đến điểm 5’ trường hợp đắp cạp 2 bên cao 8m 67 Hình 3.47: Biểu đồ lún tại điểm 1-5 các trường hợp đắp cạp 2 bên cao 3, 4, 6, 8m 69 Hình 3.48: Mô hình hóa mặt cắt ngang Km293+866.00-Km294+0.00 72 Hình 3.49: Lưới chuyển vị mặt cắt ngang Km293+866.00-Km294+0.00 73 Hình 3.50: Biểu đồ độ lún điểm 1-4 tại Km293+866.00-Km294+0.00 74

CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA

Theo chỉ đạo của Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng yêu cầu Bộ GTVT rà soát, điều chỉnh quy hoạch bảo đảm nâng cao chất lượng quy hoạch ngành GTVT trong

10 năm tới, theo định hướng của Nghị quyết Trung ương về xây dựng đồng bộ hệ thống kết cấu hạ tầng phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước Trong việc triển khai các dự án, công trình trọng điểm ngành giao thông cần đầu tư trong 5 năm và 10 năm tới, Thủ tướng chỉ đạo Bộ GTVT phải khẩn trương nâng cấp Quốc lộ 1, theo hướng mở rộng 4 làn ô tô, 2 làn xe máy thời gian hoàn thành mở rộng quốc lộ 1 từ Hà Nội đến Cần Thơ vào cuối năm 2016.…

Tại đường QL1A có những đoạn đã được nâng cấp cải tạo theo chủ trương trên tuy nhiên sau khi nâng cấp cải tạo đã xuất hiện vết nứt theo phương dọc đường, phá hoại nền mặt đường như đoạn qua Hoa Lư Ninh Bình

Khi nâng cấp mở rộng đường giao thông còn tồn tại nhiều vấn đề về xử lý kỹ thuật của công trình cả về thiết kế lẫn thi công Trong đó lún không đều theo phương ngang giữa nền đường cũ và nền đường mới đắp cạp mở rộng là vấn đề

phức tạp mà chưa có nghiên cứu cụ thể nào Vì vậy tác giả chọn đề tài “Phân tích

ảnh hưởng lún không đều theo phương ngang của nền mặt đường nâng cấp mở rộng và đánh giá lại thiết kế của dự án nâng cấp quốc lộ 1A đoạn qua Thanh Hóa” Nội dung của luận văn đi sâu tìm hiểu khái niệm, bản chất hiện tượng lún

không đều theo phương ngang đường nâng cấp mở rộng

Với nội dung đề tài nêu trên, luận văn được bố cục như sau:

Mở đầu: Nêu được sự cần thiết của đề tài, mục đích, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu và những đóng góp của luận văn

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Phân tích bản chất hiện tượng lún không đều theo phương

ngang

lún không đều theo phương ngang Đánh giá lại thiết kế dự án nâng cấp cải tạo quốc

lộ 1A đoạn qua Thanh Hóa

Các kết luận và kiến nghị chung

MỞ ĐẦU

1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Giao thông vận tải là cơ sở vật chất của một quốc gia, là mạch máu lưu thông giữa mọi vùng trên đất nước, là tiền đề cho sự phát triển kinh tế của một nước, một vùng, một khu, một đô thị Nơi nào giao thông phát triển thì nơi đó mọi hoạt động sôi nổi, tấp nập và náo nhiệt

Cùng với sự trở mình phát triển vượt bậc về kinh tế của nước ta trong những năm qua thì ngành giao thông vận tải cũng đã có những bước phát triển mạnh mẽ và đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong sự phát triển chung của đất nước Song song với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế - xã hội là những vấn đề lớn còn tồn tại như hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông xuống cấp, lạc hậu, nạn tắc đường thường xuyên đã gây tổn thất rất lớn về kinh tế và con người

Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo năng lực thông hành trên đường giao thông, cần phải đầu tư cho giao thông vận tải Hiện nay bên cạnh vấn đề đầu tư mới hạ tầng giao thông trước tiên phải giải quyết nhu cầu trước mắt là mở rộng và nâng cấp

Thực trạng hiện nay, một số tuyến đường mới được nâng cấp mở rộng mới đưa vào khai thác sử dụng như Quốc lộ 1 A đoạn qua Ninh Bình, Cải tạo nâng cấp QL45 Km80 - Km111+400 … đã xuất hiện nhiều vệt nứt theo phương dọc đường,

Hình 1 : Vết lún nứt kéo dài phát triển thành phá hoại mặt đường trên quốc lộ 1A

đoạn qua xã Ninh Giang ( Hoa Lư - Ninh Bình)

Việc xuất hiện các vết nứt dọc này ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và tâm lý cho người lái xe và hành khách trên xe, làm giảm năng lực thông hành, tăng giá thành duy tu bảo dưỡng thường xuyên

Ở nước ta hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề này nên tác giả đã lựa chọn nghiên cứu theo hướng nghiên cứu ảnh hưởng lún không đều theo phương ngang của nền mặt đường nâng cấp mở rộng, đặc biệt là đoạn nâng cấp mở rộng mà đắp cao …

TCVN 4054-2005, Tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc TCVN 5729-1997 là các quy trình thiết kế quy định cho các tuyến thiết kế mới vẫn chưa đề cập hoặc có các chỉ dẫn cho thiết kế nền đường nâng cấp mở rộng

Theo những kết quả phân tích ở trên, để đảm bảo khả năng khai thác đường nâng cấp mở rộng một cách hiệu quả thì việc nghiên cứu về hiện tượng lún không đều theo phương ngang là một việc cần thiết và cấp bách

- Khái niệm “hiện tượng lún không đều theo phương ngang”

- Lập mô hình toán hiện tượng lún không đều theo phương ngang;

- Đề xuất một số giải pháp xử lý hiện tượng lún không đều theo phương ngang

Hiện tượng lún không đều theo phương ngang của nền mặt đường nâng cấp

Phương pháp nghiên cứu của luận văn chủ yếu thực hiện gồm những công việc như sau:

- Khảo sát sơ bộ thực tế hiện tượng lún không đều theo phương ngang tại một số công trình

- Xây dựng và tính toán mô hình lý thuyết nhờ sự hỗ trợ của phần mềm địa

kỹ thuật Geo Sigma (Geo studio 2004)

- Kiểm nghiệm lại các kết luận thông qua công trình cụ thể để đánh giá tính hợp lý của giải pháp

Các bước thực hiện:

- Thu thập hình ảnh, tài liệu thực tế hiện tượng lún không đều theo phương ngang của một số công trình ở Việt Nam và đánh giá sơ bộ

- Tham khảo các quy trình, công trình, bài báo liên quan đến luận văn

- Tìm hiểu các giải pháp đã xử lý hiện tượng này ở Việt Nam và thế giới

- Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán mô hình lý thuyết (lựa chọn phần mềm tính toán địa kỹ thuật Geo Sigma)

- Kiểm nghiệm kết quả tính toán thông qua bài toán thực tế dự án nâng cấp

mở rộng QL1A đoạn qua Thanh Hóa

- Làm rõ khái niệm về lún không đều theo phương ngang

- Đề xuất mô hình tính toán lún không đều theo phương ngang

- Đề xuất một số giải pháp xử lý hiện tượng lún không đều theo phương ngang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 HIỆN TRẠNG VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG

Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo năng lực thông hành trên đường giao thông, cần phải đầu tư cho giao thông vận tải Hiện nay bên cạnh vấn đề đầu tư mới hạ tầng giao thông trước tiên phải giải quyết nhu cầu trước mắt là thiết kế mở rộng và nâng cấp các tuyến quốc lộ nhằm nâng cao năng lực vận tải của các tuyến đường góp phần thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế

Trong những năm qua chúng ta đã xây dựng hoàn thành nhiều dự án nâng cấp: nâng cấp mở rộng QL45; QL47; QL5…Trong năm 2010 chúng ta đã khởi công xây dựng nhiều dự án nâng cấp mở rộng đường giao thông quan trọng: Dự án nâng cấp QL3B đoạn Km66+300-Km125 từ Xuất Hoá - Pò Mã (Khởi công 22/4/2010);

Dự án nâng cấp QL24 Quảng Ngãi - Kon Tum, Km8- Km165 (Khởi công 01 gói thầu vào tháng 3/2010); Dự án nâng cấp, mở rộng QL25 Phú Yên – Gia Lai các đoạn Km21+600-Km99+432 và đoạn Km113-Km123 (Khởi công ngày 15/5/2010);

Dự án Nâng cấp QL53 đoạn Km139-Km168…Trong thời gian tới đây chúng ta tiếp tục triển khai các dự án nâng cấp mở rộng: Dự án nâng cấp, mở rộng QL1 đoạn qua Khu kinh tế Nghi Sơn, tỉnh Thanh Hoá; Dự án nâng cấp, mở rộng QL1 đoạn thị trấn Hoàng Mai và Cầu Giát, tỉnh Nghệ An; Dự án nâng cấp QL53 đoạn Km67-Km114;

Dự án nâng cấp QL61 đoạn Cái Tư- Gò Quao, tỉnh Kiên Giang; Dự án nâng cấp

án nâng cấp QL20 đoạn Trại Mát, Lâm Đồng (PMU7 quản lý)…

Đặc biệt, QL1 từ Lạng Sơn đến Cà Mau, với chiều dài 2.244km là tuyến giao thông "xương sống" của mạng lưới đường bộ Việt Nam, có vai trò trọng yếu trong việc đảm bảo lưu thông giữa ba miền Bắc - Trung - Nam và là nhân tố quan trọng thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội, cũng như đảm bảo an ninh quốc phòng quốc gia Từ những năm 1995, QL1 đã được ưu tiên đầu tư nâng cấp song chất lượng kỹ

thuật QL1 nhìn chung còn thấp (toàn tuyến mới có khoảng 396km đường đạt quy

mô > 4 làn xe và 164km tuyến tránh/18 tuyến chiếm tỷ lệ 24,94%), chưa tương xứng với vai trò và chức năng của tuyến đường

Theo chỉ đạo của Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng yêu cầu Bộ GTVT rà soát, điều chỉnh quy hoạch bảo đảm nâng cao chất lượng quy hoạch ngành GTVT trong

10 năm tới, theo định hướng của Nghị quyết Trung ương về xây dựng đồng bộ hệ thống kết cấu hạ tầng phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước Trong việc triển khai các dự án, công trình trọng điểm ngành giao thông cần đầu tư trong 5 năm và 10 năm tới, Thủ tướng chỉ đạo Bộ GTVT phải khẩn trương nâng cấp Quốc lộ 1, theo hướng mở rộng 4 làn ô tô, 2 làn xe máy thời gian hoàn thành mở rộng quốc lộ 1 từ Hà Nội đến Cần Thơ vào cuối năm 2016.…

Khi thiết kế nâng cấp mở rộng đường giao thông, đặc biệt với các tuyến đường cấp cao còn tồn tại nhiều vấn đề về xử lý kỹ thuật của công trình cả về thiết

kế lẫn thi công Trong đó lún không đều theo phương ngang giữa nền đường cũ và nền đường mới mở rộng là vấn đề phức tạp mà chưa có nghiên cứu cụ thể nào Vì

vậy tác giả chọn tên đề tài “Phân tích ảnh hưởng lún không đều theo phương ngang của nền mặt đường nâng cấp mở rộng và đánh giá lại thiết kế của dự án nâng cấp quốc lộ 1A đoạn qua Thanh Hóa”

Hiện tượng lún không đều theo phương ngang theo tác giả hiểu: “Là hiện tượng chênh lệch độ lún của nền đường đắp cạp mới với nền đường cũ, tạo ra ứng suất cắt lớn trên lớp mặt kết cấu áo đường bên trên có thể dẫn đến nứt dọc tại vị trí sung yếu (vị trí chênh lệch độ lún lớn)”

Phần nền đường cũ do đường đã đưa vào khai thác trong nhiều năm, nền đường đã chịu tác dụng của tải trọng bản thân và tải trọng trùng phục, nên phần đất nền phía dưới đã cố kết hoàn toàn, nền đường gần như không lún, còn phần nền đường mới đắp cạp, đặc biệt là phần nền đất đắp trên nền đất yếu tuy đã có những biện pháp xử lý nhưng vẫn còn lún cố kết theo thời gian Gây ra sự chênh lệch về độ lún cố kết tăng theo thời gian sau khi công trình đưa vào vận hành khai thác

Dưới đây là các hình ảnh thực tế về hiện tượng lún không đều theo phương ngang trên các tuyến đường đã đưa vào sử dụng sẽ cho thấy rõ điều đó

Hình 1.1: Lún không đều theo phương ngang tại Km66 đường quốc lộ 45

Hình 1.2: Lún không đều theo phương ngang kéo dài 400m tại Km65 đường QL45

Hình 1.3: Vết nứt dài gần 200m Tại km68 thuộc địa phận xã Thuận Hóa, huyện Tuyên Hóa đường nối Cảng biển Vũng Áng (Hà Tĩnh) với Cửa khẩu Cha Lo (Quảng

Bình)

Vệt lún kéo dài 400m

Hình 1.4: Lún nứt kéo dài hàng chục mét trên quốc lộ 1A đoạn qua xã Ninh Giang (

Hoa Lư - Ninh Bình)

Hình 1.5: Vết lún nứt kéo dài phát triển thành phá hoại mặt đường trên quốc lộ 1A

đoạn qua xã Ninh Giang ( Hoa Lư - Ninh Bình)

1.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG CỦA NỀN ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM

Tác giả Bùi Trung Kiên [15] tiến hành khảo sát sự thay đổi của độ lún nền đường đắp thiết kế mới qua vùng đất yếu theo phương ngang trong trường hợp nền đất đồng nhất, bằng cách khảo sát các tỷ số độ lún tại chân taluy, vai đường so với

độ lún tại tim đường Kết quả: tỷ số giữa độ lún tại vai đường với độ lún tại tim đường nằm trong khoảng (0.61 – 0.99) và tỷ số độ lún tại chân taluy đường so với

độ lún tại tim đường nằm trong khoảng (0.02 – 0.48) Ngoài ra luận văn cũng tiến hành phân tích ảnh hưởng của các yếu tố hình học như bề rộng nền đường, bề rộng chân taluy và chiều sâu tính lún đến các tỷ số này Từ đó luận văn kiến nghị trong quá trình tính toán, thiết kế cần thiết phải có sự phân biệt độ lún tại chân taluy với

độ lún tại tim đường Tuy nhiên luận văn mới nghiên cứu trong trường hợp nền đường thiết kế mới hoàn toàn, còn chưa đề cập đến trường hợp đường thiết kế mở rộng nâng cấp

1.3 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI

Trong quá trình đầu tư phát triển hạ tầng giao thông theo sự phát triển của nền kinh tế, thông thường các dự án đều tiến hành phân kỳ đầu tư, giai đoạn đầu để phù hợp với quy luật tăng trưởng xe và nguồn vốn, các nước thường thiết kế tuyến

có mặt cắt ngang nhỏ Tiếp đó do sự phát triển của nền kinh tế đòi hỏi năng lực của

hệ thống giao thông nâng cao, các nước đều chuyển sang giai đoạn thiết kế mở rộng nâng cấp các tuyến đường đã có Như vậy hầu hết các nước phát triển đều đã có các nghiên cứu và yêu cầu về thiết kế mở rộng nâng cấp Trong đó đặc biệt các nghiên cứu của các tác giả Trung Quốc cho các dự án nâng cấp cải tạo đường cao tốc đã có các nghiên cứu cụ thể dưới đây:

- Tác giả Lục Gia Mẫn [17] đã tiến hành phân tích vấn đề thiết kế đánh cấp cho nền đường nâng cấp cải tạo và ứng dụng vào đường cao tốc Thượng Hải đi Ninh Ba, thông qua phương pháp phần tử hữu hạn đã đánh giá ảnh hưởng của việc đánh cấp tới sự chênh lệc độ lún theo phương ngang

- Tác giả Lý Lập Hàn [17] đã tiến hành nghiên cứu phân tích ứng suất tại vị trí tiếp nối giữa 2 kết cấu mặt đường cũ và mặt đường mới của đường cao tốc nâng cấp mở rộng Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn trên cơ sở ứng suất của tải trọng bánh xe cũng như độ lún của nền cũ và nền mới đã có nhiều kết luận về việc phát sinh vết nứt theo phương dọc khi có sự sai khác về mô đun đàn hồi của các lớp vật liệu giữa áo đường cũ và áo đường mới Đồng thời cũng kết luận được về quan

hệ giữa độ lún và ứng suất cắt trên bề mặt Nếu ứng suất cắt cho phép của mặt đường BTN 0,5 MPa thì độ lún cho phép tại vị trí không nên vượt quá 2,7 cm

- Tác giả Trần Tiểu Kỳ [17] nghiên cứu về nâng cấp mở rộng đường cao tốc trong đó nghiên cứu giảm chênh lệch lún theo phương ngang bằng tạo bậc hình nêm giữa kết cấu mặt đường cũ và mặt đường mới

1 1 2 2

3 3

Ngoài ra các kết quả nghiên cứu của Trung Quốc đã được đưa vào qui trình thiết kế nền đường ô tô JTG D30-2004 có các qui định cụ thể cho trường hơp xử lý chênh lệch lún của nền đường nâng cấp cải tạo

1.4 MỘT SỐ QUY ĐỊNH VỀ ĐỘ LÚN CỦA CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

Độ lún cho phép của kết cấu áo đường tiêu chuẩn 22TCN 211-06 có quy định như sau:

Trong trường hợp kết cấu áo đường trên đoạn nền đường qua vùng đất yếu

có khả năng phát sinh độ lún lớn và kéo dài thì phải bảo đảm các yêu cầu thiết kế sau đây về độ lún cho phép:

Sau khi thi công xong kết cấu áo đường, độ lún cố kết cho phép còn lại trong thời hạn thiết kế 15 năm tính từ khi đưa kết cấu áo đường vào khai thác sử dụng tại tim đường được quy định ở Bảng 1-1

Bảng 1-1: Độ lún cố kết cho phép còn lại trong thời hạn 15 năm tại tim đường sau

khi thi công xong kết cấu áo đường:

Cấp hạng đường và loại tầng

mặt kết cấu áo đường

Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Gần mố

cầu

Chỗ có cống hoặc cống chui

Các đoạn nền đắp thông thường

1 Đường cao tốc các loại,

đường cấp I, đường cấp II hoặc

Chiều dài đoạn đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng

mố cầu liền kề Chiều dài đoạn có cống thoát nước hoặc cống chui qua đường ở dưới được xác định bằng 3 - 5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng cống chui qua đường

Đối với các đoạn đường có loại tầng mặt là cấp cao A1 nêu ở Bảng 1-1, nếu

độ lún còn lại trong thời hạn 15 năm kể từ khi làm xong áo đường vượt quá trị số quy định ở Bảng 1-1 thì mới cần phải có các biện pháp xử lý đất yếu để giảm độ lún còn lại đạt yêu cầu ở Bảng 1-1

Đối với các đường có tốc độ thiết kế từ 40Km/h trở xuống cũng như các đường chỉ thiết kế kết cấu áo đường mềm cấp cao A1 hoặc cấp thấp thì không cần

đề cập đến yêu cầu về độ lún cố kết còn lại khi thiết kế (Điều này cho phép vận dụng để thiết kế kết cấu áo đường theo nguyên tắc phân kỳ đối với các đường cấp III trở xuống nhằm giảm chi phí xử lý nền đất yếu)

Độ lún cho phép của kết cấu áo đường tiêu chuẩn 22TCN 262-2000 có quy định như sau:

Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng trên vùng đất yếu,

II.1 dưới đây:

khi hoàn thành công trình

Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Loại cấp đường

Gần mố cầu

Chỗ có cống hoặc đường dân sinh chui

dưới

Các đoạn nền đắp thông thường

1 Đường cao tốc và

(VI.9) [3] tùy thuộc độ cố kết U đạt được vào thời điểm làm xong áo đường;

- Chiều dài đoạn nền đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng mố cầu liền kề Chiều dài đoạn nền đắp có cống hoặc có lối chui qua đường ở dưới được xác định bằng 3-5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng lối đi qua đường;

IV.6 [3] Nếu thỏa mãn các trị số cho phép ở bảng II.1 [3] thì không cần áp dụng các biện pháp tăng nhanh cố kết;

Như vậy theo quy định của hai tiêu chuẩn trên, chỉ quy định đối với đường thiết kế mới, quy định độ lún cho phép tại tim đường sau khi thi công kết cấu áo đường phải nhỏ hơn giá trị trong bảng 1.1 và bảng 1.2 trên đây Các tiêu chuẩn trên chưa có các quy định cụ thể về độ lún cho phép đối với trường hợp nền đường nâng cấp, mở rộng Đặc biệt chưa có đề cập đến chênh lệch độ lún cho phép theo phương ngang giữa nền đường mới và nền đường cũ, điều này có thể ảnh hưởng tới chất lượng công trình sau khi đưa đường vào khải thác và xảy ra các hiện tượng hư hỏng như đã đề cập ở trên

Việc nghiên cứu cụ thể quy luật phân bố, các giải pháp xử lý lún theo phương ngang của mặt cắt ngang nền đường nâng cấp cải tạo để từ đó có thể ban hành các quy định cụ thể về chênh lệch độ lún giữa nền đường mới và nền đường cũ

là một công việc hết sức cần thiết và cấp bách, góp phần hoàn thiện hệ thống quy trình thiết kế của nước ta

1.5 KẾT LUẬN

1 Hiện tượng lún không đều theo phương ngang đối với nền mặt đường nâng cấp mở rộng là hiện tượng chênh lệch độ lún của nền đường đắp cạp mới với nền đường cũ, tạo ra ứng suất cắt lớn trên lớp mặt kết cấu áo đường bên trên có thể dẫn đến nứt dọc tại vị trí sung yếu (vị trí chênh lệch độ lún lớn) và là một trong những nguyên nhân chính gây ra các hiện tượng hư hỏng mặt đường (nứt theo phương dọc) khi đưa đường vào thác sử dụng Mức độ ảnh hưởng của hiện tượng vẫn chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể và đánh giá đúng mức

2 Theo các tài liệu nghiên cứu ở phần tổng quan sự chênh lệch độ lún giữa phần nền đường cũ và nền đường mở rộng sẽ gây ra ứng suất cắt trên mặt kết cấu áo đường tại vị trí tiếp giáp giữa phần nền mới mở rộng và phần nền cũ nếu độ lún này không được khống chế thì ứng suất cắt gây ra tại bề mặt kết cấu áo đường sẽ lớn hơn ứng suất cắt cho phép của lớp bê tông nhựa bề mặt và gây ra hiện tượng nứt dọc như đã đề cập ở trên

3 Đối với nền đường nâng cấp mở rộng, phần nền đường cũ sau một thời gian dài khai thác dưới tác dụng trùng phục của xe chạy và tải trọng bản thân nền đất phía dưới hầu như đã cố kết hoàn toàn ngược lại phần nền đường mới đắp trên vùng đất yếu vẫn còn lún cố kết theo thời gian Như vậy trên mặt cắt ngang của đường nâng cấp mở rộng có hai vùng có điều kiện làm việc khác nhau do vậy cần phải có các ứng xử thiết kế tương ứng cho các vùng này để đảm bảo tuổi thọ của công trình

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG

NGANG

Ở chương này tác giả chủ yếu tìm hiểu các trường hợp của mặt cắt ngang nền đường có thể xảy ra hiện tượng lún không đều theo phương ngang trên các địa hình khác nhau như: Nền đường đắp trên sườn dốc, nền đường đắp mới hoàn toàn, nền đường đắp nâng cấp mở rộng trên nền đất yếu… Trên cơ sở tất cả các trường hợp trên tác giả đi sâu nghiên cứu về hiện tượng lún không đều theo phương ngang đối với đường nâng cấp mở rộng đắp trên nền đất yếu

Trong đó chủ yếu tác giả nghiên cứu qui luật phân bố tải trọng trên mặt cắt ngang của đường nâng cấp cải tạo để khảo sát về qui luật phân bố độ lún trên mặt cắt ngang Từ đó xác định và giả thiết mô hình tính toán độ lún theo phương ngang cho để tiến hành các bài toán khảo sát phục vụ cho chương sau

2.1 BẢN CHẤT CỦA HIỆN TƯỢNG TƯỢNG LÚN KHÔNG ĐỀU THEO PHƯƠNG NGANG

2.1.1 Với tuyến đường đắp trên sườn dốc

Với các tuyến đường ở vùng đồi núi, địa hình phổ biến với độ dốc ngang sườn lớn, mặt cắt ngang thiết kế điển hình dạng nửa đào nửa đắp Đối với mặt cắt ngang dạng nửa đào nửa đắp trên sườn dốc hiện tượng hư hỏng do lún không đều theo phương ngang là dễ xảy ra, các hình vẽ 2.1 đến 2.4 là một số dạng mặt cắt ngang nửa đào nửa đắp thường gặp của tuyến thiết kế trên sườn dốc

Theo thống kê các nguyên nhân gây hư hỏng đối với trường hợp này bao gồm:

+ Công tác đầm nén tại phần nền đắp kém, đắp đất không đủ độ chặt

+ Không đánh cấp đúng yêu cầu thiết kế

+ Do có hiện tượng co ngót sau khi thi công

+ Không bóc hữu cơ phần đắp

+ Không sử lý tốt nền đường để nước ngấm vào nền đường

Như vậy đối với mặt cắt ngang nền đường đắp trên sườn dốc hiện tượng lún không đều theo phương ngang chủ yếu do công tác thi công không đảm bảo gây ra, ngoài hiện tượng nứt theo phương dọc còn có các trường hợp sụt trượt mái taluy gây ảnh hưởng tới chất lượng khai thác của tuyến đường

Hình 2.1: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp

trên sườn dốc

Hình 2.2: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp

trên sườn dốc

Hình 2.3: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp

trên sườn dốc bên trái

Hình 2.4: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang đường mở rộng đắp

trên sườn dốc bên phải

2.1.2 Với tuyến thiết kế đắp mới hoàn toàn

Đối với nền đường đắp mới thì tải trọng nền đường đắp là tải trọng băng, thường có dạng phân bố theo hình thang Dưới tác dụng của tải trọng đắp, ứng suất gây ra trong nền đắp sẽ thay đổi theo phương ngang (tại cùng một độ sâu) Do đó,

độ lún của nền đường cũng sẽ có sự thay đổi theo phương ngang Trong đó độ lún ở tim là lớn nhất, càng ra xa tim đường độ lún sẽ càng giảm dần, và đến một khoảng cách đủ lớn thì độ lún do ảnh hưởng của tải trọng đắp gây ra sẽ bằng không

Lớp đất thứ i

Lớp đất thứ n Tải trọng đất đắp

Hỡnh 2.5: Tải trọng đất đắp trong trường hợp đường làm mới

Theo nghiờn cứu của tỏc giả Bựi Trung Kiờn [15] đối với mặt cắt ngang nền đường đắp hoàn toàn hiện tượng lỳn khụng đều theo phương ngang được giải quyết thụng qua việc thiết kế mặt cắt ngang đắp bự lỳn cú hỡnh dỏng tương thớch với quy luật lỳn do tỏc giả đề ra

2.1.3 Với tuyến thiết kế nõng cấp mở rộng nền đường đắp trờn đất yếu

Đối với nền đường đắp nõng cấp mở rộng thỡ tải trọng nền đường đắp là tải trọng băng, thường cú dạng phõn bố theo hỡnh dưới đõy Dưới tỏc dụng của tải trọng đắp, ứng suất gõy ra trong nền đắp sẽ thay đổi theo phương ngang (tại cựng một độ sõu) Phần nền đường cũ dưới tỏc dụng của tải trọng bản thõn và tải trọng xe chạy

trựng phục, đó đưa vào khai thỏc lõu năm nờn hầu như phần đất nền bờn dưới đó cố kết hết, độ lỳn cố kết tương đương với tải trọng gõy lỳn gần như bằng khụng, trong khi phần nền đường mở rộng mới đắp trờn vựng đất yếu gần như chưa cố kết và cũn lỳn cố kết theo thời gian Việc khống chế độ lỳn ở phần đắp mở rộng là hết sức khú khăn do cú sự làm việc khỏc nhau của hai vựng trờn mặt cắt ngang, và quy luật phõn

bố của tải trọng tỏc dụng là khỏc nhau

Lớp đất thứ n Lớp đất thứ i Tải trọng đất đắp

Hỡnh 2.6: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang nõng cấp mở rộng

đắp cạp một bờn trỏi

Tải trọng đất đắp Tải trọng đất đắp

Lớp đất thứ n Lớp đất thứ i

Hỡnh 2.7: Tải trọng đất đắp trong trường hợp mặt cắt ngang nõng cấp mở rộng đắp

cạp hai bờn

Đối với nền đường nõng cấp mở rộng đắp trờn đất yếu thỡ nguyờn nhõn gõy nờn hiện tượng lỳn khụng đều theo phương ngang bao gồm:

+ Do chất lượng thi cụng nền đường đắp khụng tốt

+ Do xử lý cỏc vấn đề đỏnh cấp nền đường cũ, khụng xử lý tốt nền đường để nước ngấm vào nền đường

+ Do phần nền đường cũ hầu như đó cố kết hoàn toàn trong khi phần nền đường mới mở rộng đắp trờn nền địa chất yếu cũn lỳn cố kết theo thời gian

Như vậy đối với mặt cắt ngang dạng này sự chờnh lệch về độ lỳn giữa hai vựng trong nền đường (mới, cũ) là nguyờn nhõn chớnh gõy ra cỏc hư hỏng trờn kết cấu mặt đường khi đưa tuyến vào khai thỏc

2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRấN NỀN ĐẤT YẾU

2.2.1 Mục đớch của việc tớnh lỳn

Việc tính toán độ lún của nền đường nhằm mục đích:

- Biết được chiều cao cần đắp phòng lún khi thi công

- Đề xuất ra dạng mặt cắt ngang phòng lún để nền đường sau khi bị biến dạng do lún vẫn đảm bảo các yêu cầu về thiết kế (như bề rộng, dốc ngang, độ dốc mái taluy…)

- Tính toán khối lượng đất cần phải đắp bù lún (làm cơ sở trong việc xác định chi phí xây dựng tuyến đường)

- Đề xuất các biện pháp xử lý nền đất yếu hợp lý, đảm bảo độ ổn định, độ lún còn dư và tốc độ lún không vượt quá giá trị cho phép

- Đánh giá được ảnh hưởng của tải trọng đắp đối với các công trình lân cận

2.2.2 Khái niệm độ lún của nền đường đắp qua vùng đất yếu

Độ lún tổng cộng của nền đường đắp trên đất yếu là độ lún của toàn bộ nền đường sau khi kết thúc lún dưới tác dụng của tải trọng đắp, bao gồm độ lún của bản thân nền đắp và độ lún của nền đất yếu dưới nền đường Giả thiết nền đường đắp đã đạt đến độ chặt quy định và không lún, khi đó việc tính lún trở thành việc tính độ lún tổng cộng của nền đất yếu dưới nền đắp

Độ lún tổng cộng gồm 3 thành phần:

S=Si + Sc + Ss (1.1) Trong đó:

+ S i : Độ lún tức thời, do tác dụng của tải trọng đắp làm nền đất yếu bị nở

hông, gây ra biến dạng ngang và không có sự thoát nước trong nền đất yếu

Trong tính toán, độ lún tức thời thường được dự tính theo độ lún cố kết

dưới tác dụng của tải trọng đắp (như đắp bệ phản áp, rải vải địa kỹ thuật hoặc có sử dụng cọc cát, trụ đá, trụ gia cố …) thì giá trị của m nhỏ, ngược lại khi chiều cao nền đắp càng lớn, đất càng yếu thì m càng lớn

Hệ số m cũng có thể ước tính theo công thức kinh nghiệm dưới đây:

Trong đó:

- q là hệ số xét đến loại giải pháp xử lý nền đất yếu:

Sử dụng bấc thấm thì q=0.95 – 1

Sử dụng trụ gia cố chất liên kết vô cơ thì q=0.85

Đắp thông thường và đắp gia tải trước q=0.9

- Y là hệ số xét đến điều kiện địa chất; khi thõa mãn đồng thời ba điều kiện: cường độ chống cắt của đất yếu nhỏ hơn 25kPa, bề dày đất yếu lớn hơn 5m, và bề dày lớp vở cứng dưới 2.5m thì lấy Y=0, các trường hợp khác lấy Y=-0.1

- V là hệ số xét đến tốc độ đắp: V=0.025 khi tốc độ đắp nằm trong phạm vi 0.02 – 0.02 m/ngđ

Nếu tính theo công thức trên ra m>1.7 thì lấy m=1.7

+ S c - Độ lún cố kết (độ lún cố kết thấm): Do nước tự do thoát ra khỏi lỗ

rỗng và nền đất bị nén chặt lại dưới tác dụng của tải trọng đắp

Ca - Chỉ số nén từ biến, thông thường Ca =(0,015  0,032).Cc :

Hiện nay người ta đã chứng minh độ lún từ biến không nhỏ, nhất là đối với

Xem như tỷ phần lún từ biến là rất nhỏ với tốc độ rất chậm (mm/năm) do đó

bao gồm phần nền đắp với chiều cao thiết kế và phần đắp bù lún (chiều cao đắp bù lún bằng độ lún tổng cộng S), do đó việc xác định S được thực hiện bằng phương pháp thử dần theo trình tự sau:

+ Giả thiết độ lún tổng cộng Sgt (Thường Sgt = 5-10% bề dày đất yếu hoặc

= 20-30% bề dày nói trên)

đất thiên nhiên khi chưa đắp đến mép vai đường; nếu có đào bớt đất yếu thì kể từ cao độ mặt đất yếu sau khi đào)

+ Nếu Sc tính được thoã mãn điều kiện Sc = S/m thì chấp nhận kết quả và

phải giả thiết lại S và lặp lại quá trình tính toán

thức theo dạng phân bố của tải trọng để xác định công thức tính chuyển vị do tác dụng tổng hợp của tải trọng phân bố

Theo mô hình này nền đất được coi là đồng nhất nếu trong phạm vi tính lún nền là đồng nhất

+ Mô hình nén lún một chiều: có thể áp dụng cho mọi trường hợp với giả thiết nền đất dưới tác dụng của tải trọng đắp bị nén không nở hông

Để có thể đảm bảo được giả thiết này (nền đất không bị nở hông), trong quá trình tính toán cần áp dụng phương pháp cộng lún từng lớp Nội dung của phương pháp này là tiến hành chia nền đất trong phạm vi tính lún thành các lớp nguyên tố đồng nhất với chiều dày h đủ bé, tính toán độ lún của từng lớp nguyên tố và tổng lại Mục đích của phương pháp này là:

- Với các chiều dày h đủ bé thì có thể xem như ứng suất do tải trọng nền đắp

giữa của các lớp

- Với chiều dày h rất bé so với các kích thước theo phương ngang X, Y của một nền đất thì có thể xem như là nền đất làm việc đúng theo sơ đồ nén một chiều không nở hông và có thể áp dụng các công thức tính toán được suy ra từ kết quả thí nghiệm này

2.2.5 Phương pháp tính toán lún theo Quy trình 22TCN 262-2000

2.2.5.1 Các yêu cầu và tiêu chuẩn tính toán lún (Mục II.2 Quy trình 22TCN 262-2000)

Phải tính toán dự báo được độ lún tổng cộng S kể từ khi bắt đầu đắp nền cho đến khi lún hết hoàn toàn để đắp phòng lún Mặt cắt ngang đắp phòng lún phải đắp rộng thêm như hình vẽ:

Đáy nền đắp phòng lún phải được đắp rộng ra thêm so với đáy nền đắp thiết

bm = S m (1.3) Trong đó: 1/m là độ dốc ta luy nền đắp thiết kế

Taluy nền đắp phòng lún vẫn lấy bằng taluy nền đường đắp thiết kế là 1/m

không thoát nước, xét đến khả năng nở hông của đất yếu dưới nền đắp) và lún cố

Khi tính toán độ lún tổng cộng nói trên thì tải trọng gây lún phải xét đến chỉ gồm tải trọng nền đắp thiết kế bao gồm cả phần đắp phản áp (nếu có), không bao gồm phần đắp gia tải trước (nếu có) và không xét đến tải trọng xe cộ

2.2.5.2 Tính độ lún cố kết S c (Mục VI.1 Quy trình 22TCN 262-2000)

công thức sau:

)])lg(

)/lg(

[1

1

pz

i vz i z i c i vz i pz i r n

i

i o

i

C C

e

H S

Hi là bề dày lớp đất tính lún thứ i (phân thành n lớp có các đặc trưng biến