Phân tích hiện tượng lún đường đầu cầu và đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu tổng tồn TL 911, huyện càng long, tỉnh trà vinh

Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông; - Chương 2: Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố cầu, nền đường đầ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-  -

THẠCH NGỌC MINH

PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

TỔNG TỒN - TL.911, HUYỆN CÀNG LONG, TỈNH TRÀ VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-  -

THẠCH NGỌC MINH

PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TỔNG TỒN - TL.911, HUYỆN CÀNG LONG, TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số : 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG PHƯƠNG HOA

Đà Nẵng - Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các công thức và số liệu trong Luận văn được tính toán chính xác, trung thực

và các nhận xét là khách quan

Tác giả luận văn

THẠCH NGỌC MINH

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học - thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 4 1.1 Tổng quan về điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn 4

1.1.1 Tổng quan 4

1.1.2 Chỉ tiêu cơ lý cơ bản của đất yếu ở khu vực nghiên cứu 4

1.2 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu 5

1.3 Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu 6

1.3.1 Khái niệm về đất yếu 6

1.3.2 Phân loại đất yếu 6

1.3.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông 7

1.3.4 Một số giải pháp công nghệ mới xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông 18

1.4 Kết luận chương I 23

CHƯƠNG II: CÁC YÊU CẦU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 24

2.1 Giới thiệu 24

2.2 Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu 24

2.2.1 Yêu cầu đảm bảo ổn định của công trình nền đắp trên nền đất yếu và phương pháp kiểm toán ổn định 24

2.2.2 Yêu cầu về độ lún cho phép và phương pháp dự báo lún 26

2.2.3 Phương pháp dự báo tổng cộng 28

2.2.4 Xác định sức chịu tải của cọc 32

2.2.5 Kiểm tra điều kiện chọc thủng sàn 33

2.2.6 Kiểm toán ứng suất đất nền đáy móng khối quy ước 33

2.3 Phương pháp xây dựng mô hình và phân tích tính ổn định nền đường với phần mềm PLAXIS 34

2.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm Plaxis 34

2.3.2 Các mô hình nền đất 35

2.3.3 Hệ số nền 38

2.3.4 Nguyên lý tính toán sàn giảm tải 41

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH BIỆN PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TỔNG TỒN - TỈNH LỘ 911, H.CÀNG LONG 43

3.1 Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu 43

3.1.1 Các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch 43

3.1.2 Ảnh hưởng của hiện tượng lún lệch đến việc sử dụng khai thác đường và các công trình lân cận 46

3.1.3 Các kết quả nghiên cứu trước đây về đường dẫn vào cầu 47

3.1.4 Giải pháp thiết kế mới 50

3.2 Tổng quan về cầu tổng tồn 51

3.2.1 Quy mô xây dựng 51

3.2.2 Đặc điểm kết cấu 51

3.2.3 Địa chất các lớp đất 52

3.3 Lựa chọn kết cấu sàn giảm tải 53

3.3.1 Giải pháp kết cấu sàn giảm tải loại 1 53

3.3.2 Giải pháp kết cấu sàn giảm tải loại 2 67

3.4 Nhận xét 80

KẾT LUẬN 81

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

TÓM TẮT LUẬN VĂN PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH

Học viên: Thạch Ngọc Minh - Chuyên ngành: Kỹ thuật XD công trình giao thông

Mã số: 85.80.205 - Khóa: 36 - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Sự cố lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu xảy ra

phổ biến, không chỉ xuất hiện riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển Trên cơ

sở nghiên cứu điều kiện địa chất, địa mạo và khả năng ứng dụng công nghệ xử lý nền đất từ lý thuyết vào thực tiễn, Luận văn đề ra giải pháp xử lý nền đất đắp đoạn đường dẫn vào cầu khu vực huyện Càng Long đảm bảo kinh tế và kỹ thuật Sử dụng tổng hợp các phương pháp: Phương pháp điều tra, thu thập số liệu; Phương pháp thống kê và phân tích số liệu; Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các mô hình đất; Phương pháp xử lý và phỏng đoán; Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích địa kỹ thuật để phân tích ổn định và biến dạng của nền đường vào cầu đã được xử lý Từ đó phân tích, tính toán điển hình: Ứng dụng xử lý đường dẫn vào cầu Tổng Tồn trên tỉnh lộ 911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh Kết quả tính toán đã xác định chiều dài đoạn đường dẫn cần thiết để gia cố, chiều sâu cần gia cố, giải pháp thi công cho công trình và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo

Từ khóa - Lún đường dẫn; xử lý đất yếu; địa kỹ thuật; chiều dài gia cố; phần mềm Plaxis

ANALYSIS ROAD LEADING TO THE BRIDGE SUBSIDENCE

PHENOMENON AND PROPOSED MEASURE TO HANDLE BRIDGE

SUBSIDENCE ON TRA VINH PROVINCE Abstract - Incidence of subsidence at the junction between the road leading to the bridge on

soft ground is common, not only occurring in Viet Nam but also in developed countries Based on the study of geological, geomorphological conditions and the ability to apply soft soil improvement technology from theory to practice, the essay proposes a solution to treat embankment section leading to bridges in Cang Long Dist economic and technical guarantee Using a combination of methods: investigation, data collection; statistics and data analysis; researching theoretical basis of soil models; processing and guessing; Plaxis geotechnical analysis software to analyze the stability and deformation of the roadbed into the treated bridge From there, typical analysis, calculation: Application of processing roads leading to Tong Ton bridge on 914 provincial highway, Tra Vinh province Results have determined the length of the path needed to reinforce, the depth to reinforce, construction solutions for the works and perspective of the work is provided

Key words - Subsidence the road leading; soft soil improvement; geotechnics; reinforced

length; Plaxis software

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CÁC KÝ HIỆU:

Ký hiệu Đơn vị Giải thích ý nghĩa

m2 Diện tích tiết diện của kết cấu

S Phần độ lún xảy ra lúc đất yếu mới chịu tải trọng đắp do

đất yếu bị chuyển dịch ngang sang hai bên

L m Chiều dài các lớp mà cọc xuyên qua

D m Chiều rộng hay đường kính cọc

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các giải pháp xử lý tương ứng theo tư duy xử lý 8

Bảng 2.3 Bảng tra hệ số nền theo Quy trình 22TCN 18-79 38 Bảng 2.4 Bảng tra hệ số nền theo J.E.Bowles 39 Bảng 3.1 Giới hạn độ bằng phẳng theo Lê Bá Vinh và cộng sự 49 Bảng 3.2 Giới hạn độ bằng phẳng theo Nguyễn Hữu Trí 49

Bảng 3.4 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (45×45)cm 57 Bảng 3.5 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (40×40)cm 60 Bảng 3.6 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (35×35)cm 63 Bảng 3.7 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (30×30)cm 66 Bảng 3.8 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (45×45)cm 70 Bảng 3.9 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (40×40)cm 73 Bảng 3.10 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (35×35)cm 76 Bảng 3.11 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (30×30)cm 79

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu 5

Hình 2.3 Sự phân bố áp lực đất theo Stanislav 37 Hình 2.4 Mô hình tính toán xe HL-93 và tải trọng làn 41 Hình 3.1 Các nhân tố gây ra hiện tượng lún lệch (Wahls, 1997) 43 Hình 3.2 Xếp loại các loại đất có khả năng xói mòn nhất (Briaud và các

cộng sự, 1997)

44

Hình 3.3 Kết cấu mố không liền khối (mố cọc) 45

Hình 3.5 Sơ đồ các lực gây ra trên cọc do sự biến dạng của đất yếu 47 Hình 3.6 Giới hạn độ bằng phẳng theo phương dọc Briaud, J.L (1997) 48 Hình 3.7 Sơ đồ cọc đất gia cố xi măng theo phương pháp tiếp cận 50

Hình 3.9 Mặt cắt dọc bố trí sàn giảm tải loại 1 54

Hình 3.11 Mô hình tính toán 1 KT(20×12×0,35)m 55 Hình 3.12 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,709m 55 Hình 3.13 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,081m 56 Hình 3.14 Kết quả phân tích ta có độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,101m 56 Hình 3.15 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 374,47kN/m2 56 Hình 3.16 Kết quả phân tích ta có độ lún của cọc lớn nhất = 0,073m 57 Hình 3.17 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,761 57 Hình 3.18 Mô hình tính toán 2 KT(20×12×0,35)m 58 Hình 3.19 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,718m 58 Hình 3.20 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,081m 59 Hình 3.21 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,102m 59 Hình 3.22 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 360,75kN/m2 59 Hình 3.23 Kết quả phân tích ta có độ lún của cọc lớn nhất = 0,071m 60 Hình 3.24 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,635 60 Hình 3.25 Mô hình tính toán 3 KT(20×12×0,35)m 61 Hình 3.26 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,728m 61 Hình 3.27 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,080m 62 Hình 3.28 Kết quả phân tích ta có độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,104m 62 Hình 3.29 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 346,74kN/m2 62 Hình 3.30 Kết quả phân tích ta có độ lún của cọc lớn nhất = 0,077m 63 Hình 3.31 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,497 63 Hình 3.32 Mô hình tính toán 4 KT(20×12×0,35)m 64 Hình 3.33 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,737m 64 Hình 3.34 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,081m 65 Hình 3.35 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,105m 65 Hình 3.36 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 322,65kN/m2 65 Hình 3.37 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,083m 66 Hình 3.38 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,443 66

Hình 3.39 Mặt cắt dọc bố trí sàn giảm tải loại 2 67

Hình 3.41 Mô hình tính toán 5 KT(20×12×0,30)m 68 Hình 3.42 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,235m 68 Hình 3.43 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,190m 69 Hình 3.44 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 69 Hình 3.45 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 656,90kN/m2 69 Hình 3.46 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,077m 70 Hình 3.47 Kết quả hệ số an toàn lớn nhất = 1,275 70 Hình 3.48 Mô hình tính toán 6 KT(20×12×0,30)m 71 Hình 3.49 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,236m 71 Hình 3.50 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,20m 72 Hình 3.51 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 72 Hình 3.52 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 643,86kN/m2 72 Hình 3.53 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,078m 73 Hình 3.54 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 1,274 73 Hình 3.55 Mô hình tính toán 7 KT(20×12×0,30)m 74 Hình 3.56 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,236m 74 Hình 3.57 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,219m 75 Hình 3.58 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 75 Hình 3.59 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 630,75kN/m2 75 Hình 3.60 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,082m 76 Hình 3.61 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 1,257 76 Hình 3.62 Mô hình tính toán 8 KT(20×12×0,30)m 77 Hình 3.63 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,237m 77 Hình 3.64 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,233m 78 Hình 3.65 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 78 Hình 3.66 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 618,76kN/m2 78 Hình 3.67 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,077m 79 Hình 3.68 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 1,275 79

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Vị trí địa lý, huyện Càng Long nằm ở phía Bắc của tỉnh Trà Vinh, phía Đông giáp

TP Trà Vinh, giáp tỉnh Bến Tre qua ranh giới là sông Cổ Chiên ở phía Đông Bắc và giáp huyện Châu Thành ở phía Đông Nam Phía Tây giáp huyện Cầu Kè (Tây Nam) và tỉnh Vĩnh Long (Tây Bắc) Phía Nam giáp huyện Tiểu Cần, phía Bắc giáp huyện Vũng Liêm - tỉnh Vĩnh Long Trung tâm huyện nằm ven trục QL.53, nối liền hai tỉnh Trà Vinh và Vĩnh Long, cách TP Trà Vinh 21km và cách TP Vĩnh Long 43km Ngoài ra trục tuyến QL.60 (đoạn qua xã Đức Mỹ - Bình Phú, huyện Càng Long) đã được thông tuyến giữa hai tỉnh Trà Vinh và Bến Tre, và các tuyến tỉnh lộ như TL.911 Phát triển cơ

sở hạ tầng giao thông là một lợi thế cho huyện và được xem là cửa ngõ giao lưu kinh

tế - văn hóa - xã hội của tỉnh Trà Vinh với các tỉnh trong khu vực đồng bằng Sông Cửu Long và cả nước Song song đó vấn đề đặt ra là lưu lượng xe vận tải hàng hóa lớn, nhiều dịch vụ khác sẽ tác động ảnh hưởng lớn đến hạ tầng giao thông đặc biệt là công trình cầu đường, hiện tượng xuống cấp, hư hỏng mặt đường, đặc biệt là hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu

Sự cố lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu (lún gãy, độ cứng thay đổi đột ngột, lực xung kích lớn), dẫn đến hiện tượng ô tô bị xóc khi

ra vào cầu làm ảnh hưởng đến độ êm thuận của người và hàng hóa trên xe, gây ra tai nạn giao thông, giảm vận tốc xe chạy và tăng chi phí duy tu bảo dưỡng công trình đây là dạng sự cố phổ biến, không chỉ xuất hiện riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển Hiện nay trên địa bàn tỉnh Trà Vinh có khoảng 186 cầu bê tông cốt thép do Sở Giao thông Vận Tải tỉnh Trà Vinh quản lý, trong đó có khoảng 41 cầu lớn nhỏ đang xuống cấp điển hình là sụp lún đường dẫn vào cầu

Ở nước ta hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu khảo sát cụ thể để đánh giá mức

độ tổn thất do vấn đề này gây ra Đã có những nghiên cứu, đưa ra giải pháp xử lý, song vẫn chưa khắc phục được vấn đề này một cách triệt để Do đó đoạn đường đắp đầu cầu là một trong những hạng mục công trình quan trọng, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu phân tích và những biện pháp kỹ thuật riêng biệt mới có thể đáp ứng được yêu cầu

về cường độ, độ ổn định, sự êm thuận và thẩm mỹ Đây cũng chính là lý do hình thành

đề tài: “Phân tích hiện tượng lún đường đầu cầu và đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu Tổng Tồn - TL.911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh” là cấp

thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Trên cơ sở nghiên cứu điều kiện địa chất, địa mạo và khả năng ứng dụng công nghệ xử lý nền đất từ lý thuyết vào thực tiễn, đề ra giải pháp xử lý nền đất đắp

đoạn đường dẫn vào cầu khu vực huyện Càng Long đảm bảo kinh tế và kỹ thuật

- Nghiên cứu, tính toán hệ số nền các lớp đất

- Áp dụng tính toán và lựa chọn hợp lý, đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu trên địa bàn tỉnh Trà Vinh

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a Đối tượng nghiên cứu

- Phân tích các loại, dạng mố cầu

- Phân tích chỉ tiêu cơ lý của đất khu vực nghiên cứu

- Vận dụng phối hợp các phương án nền - móng đang được sử dụng phổ biến tại công trình thực tế như: móng cọc BTCT, cọc đất gia cố xi măng,…

- Dựa theo số liệu phân tích, đưa ra ưu nhược điểm, để từ đó đề xuất các biện pháp xử lý lún

b Phạm vi nghiên cứu

- Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố cầu và nền đường đầu cầu;

- Nghiên cứu, phân tích hiện tượng lún đường đầu cầu và đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu Tổng Tồn, tại lý trình Km29+130 thuộc tỉnh lộ 911, địa phận huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán các phương án nền móng do các nhà khoa học

đã công bố trước đây được xem là đúng đắn, có thể sử dụng để tính toán các giải pháp thiết kế do Luận văn đề xuất

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Thu thập, biên dịch các tài liệu có liên quan, tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực xử lý nền đất yếu và xử lý lún lệch giữa mố cầu và đường dẫn vào cầu

- Sử dụng tổng hợp các phương pháp: Phương pháp điều tra, thu thập số liệu; Phương pháp thống kê và phân tích số liệu; Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các mô hình đất; Phương pháp xử lý và phỏng đoán; Sử dụng phần mềm phân tích địa kỹ thuật

để phân tích ổn định và biến dạng của nền đường vào cầu đã được xử lý Từ đó nghiên cứu đề xuất các giải pháp cải tạo, xây dựng;

- Phân tích, đánh giá các giải pháp chống lún ở đường đầu cầu đang sử dụng phổ biến tại Việt Nam

- Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích, tính toán ổn định nền đường, hệ số ổn định cho phép

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC - THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

- Góp phần làm rõ phạm vi đã nghiên cứu mối tương tác động lực học giữa 3 đối

tượng: “điều kiện mặt đường” + “hệ thống dao động của ô tô” + “người và hàng hóa

trên ô tô” Từ đó đánh giá độ êm thuận của đoạn đường dẫn vào cầu trên cơ sở giá trị

của những tác động xấu lên người và hàng hóa,… khi ô tô ra, vào cầu, làm phong phú các phương pháp xử lý nền móng trong công tác xây dựng nền móng qua vùng địa hình có địa chất yếu từ đó có cơ sở để lựa chọn những biện pháp tối ưu để áp dụng cho các công trình một cách có hiệu quả

- Đánh giá hiện trạng và khả năng chịu tải của đất nền trên địa bàn huyện Càng Long tỉnh Trà Vinh Xác định chiều dài đoạn đường dẫn cần thiết để gia cố, chiều sâu cần gia cố, giải pháp thi công cho công trình Tính toán điển hình: Ứng dụng xử lý đường dẫn vào cầu Tổng Tồn trên tỉnh lộ 911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

- Phần Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu; Phân tích, đánh

giá một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu

1.2 Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún nền đường đầu cầu 1.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông;

- Chương 2: Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố cầu, nền đường đầu cầu;

Phương pháp xây dựng mô hình và Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích tính toán ổn định nền đường, hệ số ổn định cho phép

2.1 Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố, nền đường đầu cầu

2.2 Phương pháp xây dựng mô hình và Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích tính toán ổn định nền đường, hệ số ổn định cho phép

2.3 Phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu

- Chương 3: Phân tích biện pháp sử dụng sàn giảm tải xử lý lún đường đầu

cầu Tổng Tồn – TL.911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh

3.1 Tổng quan về cầu Tổng Tồn

3.2 Tính toán hệ số nền theo modun biến dạng nền:

3.3 Áp dụng hệ số nền tính toán, so sánh lựa chọn đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu

- Phần Kết luận, Kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Trong chương này, luận văn trình bày các nội dung chính:

- Tổng quan về điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn, tại khu vực nghiên cứu

- Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu, kết quả nghiên cứu các phương pháp xử lý lún nền đường đầu cầu, thiết kế mới đã được các nhà khoa học đi trước công bố, phân tích ưu nhược điểm và xác định phương hướng nghiên cứu của luận văn

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH, ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN

1.1.1 Tổng quan

Khu vực đồng bằng sông Cửu Long và phần lớn địa bàn tỉnh Vĩnh Long có dạng bồn trũng theo hướng Đông Bắc - Tây Nam mà trung tâm bồn trũng là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu Do điều kiện hình thành nên các tầng trầm tích ở khu vực này

có chiều dày lớn và biến đổi phức tạp Đặc biệt lớp trầm tích phù sa trẻ Holocene gần như phủ kín khắp bề mặt khu vực, có bề dày từ vài mét đến hàng chục mét, một số nơi lên đến (40÷60)m Đặc trưng của hệ trầm tích yếu trong khu vực là đang trong quá trình biến đổi tích tụ, phân hủy hấp thụ hóa sinh, bão hòa nước và bắt đầu vào quá trình cố kết hóa đá, nên các tầng đất có trạng thái từ mềm yếu đến rất mềm yếu, khả năng chịu tải thấp, tính biến dạng cao

1.1.2 Chỉ tiêu cơ lý cơ bản của đất yếu ở khu vực nghiên cứu

Ngoại trừ lớp trên bề mặt có bề dày khoảng (0.5÷3.0)m đã được cải tạo, thổ nhưỡng hay thổ cư hóa,… còn lại các tầng trầm tích trẻ Holocene bên dưới chủ yếu là dạng bùn sét có các đặc điểm chung về cơ lý như :

- Trạng thái rất mềm (hoặc rất rời rạc), hoàn toàn bão hòa nước, đang trong quá trình phân hủy hấp thụ hóa sinh, độ ẩm rất cao từ 50% đến 100% (có khu vực đến 120%); khối lượng thể tích khô nhỏ, thường không quá hoặc xấp xỉ 1.0g/cm3; độ sệt

IL>1.0; hệ số rỗng e >1.0 thậm chí có khu vực lên đến (2÷3) hoặc lớn hơn

- Tính nén lún cao, chỉ số nén Cc biến đổi từ 0.5 đến 1.5, module tổng biến dạng

1.2 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Hiện trạng khai thác tại khu vực nối tiếp giữa cầu và đường dẫn Lún tại vị trí tiếp giáp giữa cầu và đường được định nghĩa là sự khác nhau về cao độ của mặt đường tại bản mặt cầu do lún không đều của nền đường và mố cầu Vấn đề lún này gây ra mất

an toàn cho lái xe, làm cho giao thông không được êm thuận Nhiều công trình cầu đường bộ hiện nay phần nối tiếp giữa cầu và đường thường có hiện tượng lún ở đường đầu cầu, gây nứt ở phần tiếp giáp, xe chạy không êm thuận do độ cứng ngay tại vị trí tiếp giáp giữa cầu và đường dẫn chênh lệch khá lớn Việc xử lý nền đường đắp chưa tốt dẫn đến kết cấu áo đường tại vị trí này thường hay bị nứt gãy

Hình 1.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu

- Trên thực tế, những đoạn đường đầu cầu thường là đắp cao và có tiêu chuẩn về

độ lún thấp hơn độ lún cho phép của công trình cầu, dẫn đến khu vực nền đường đầu cầu thường lún không đều, kém ổn định, đồng thời xảy ra sự lún không đều giữa bộ phận nền đường và bộ phận cầu

- Hiện tượng lún và lún không đều của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gây nên không ít ảnh hưởng xấu đối với công trình giao thông Lún không đều trên đoạn nền đường đắp cao và sự thay đổi cao độ đột ngột tại khu vực mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc là nguyên nhân giảm năng lực thông hành; gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông; phát sinh tải trọng xung kích, trùng phục phụ tác dụng lên mố cầu; tốn kém về kinh phí cho công tác duy tu bảo dưỡng đường và gây mất an toàn giao thông Trên thế giới, đã có nhiều những nghiên cứu nhằm xác định rõ các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún đoạn đường đầu cầu và từ đó đưa ra các giải pháp

Mố cầu

Mặt cầu

Đất nền

Hình 1.2 Lún lệch nền đường đầu cầu

1.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

1.3.1 Khái niệm về đất yếu

- Đất yếu là một khái niệm dùng để nói lên một loại đất không đủ khả năng chịu

tải, không đủ độ bền và có biến dạng lớn “Khái niệm đất yếu” cho đến nay vẫn chưa

được rõ ràng, khái niệm này chỉ là “tương đối” và nó phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đất, cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà móng công trình truyền xuống [9]

- Đa số các nhà nghiên cứu coi “đất sét” là những loại đất có khả năng chịu tải

số rỗng lớn (e>1), độ sệt lớn (B>1), và hầu như hoàn toàn bão hòa nước,… Nếu không

áp dụng các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu này sẽ gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện được Các loại đất yếu thường gặp trong thực tế là: Đất sét yếu, đất bùn, than bùn, đất bazan, đất cát nhỏ, cát bụi và cát bột có kết cấu rời rạc và bão hòa nước,… [9]

1.3.2 Phân loại đất yếu

a Theo nguyên nhân hình thành

- Đất yếu có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước

ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng có thể tới 10÷12%) nên có thể có màu nâu đen,

xám đen, có mùi 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 giới hạn chảy, có hệ số rỗng lớn (sét e 1.5,

á sét e  ), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0.15daN/cm1 2 trở xuống, góc nội ma sát ( )0

- Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

▪ Lượng hữu cơ có từ 20÷30%: đất nhiễm than bùn;

▪ Lượng hữu cơ có từ 30÷60%: đất than bùn;

▪ Lượng hữu cơ trên 60%: than bùn

b Theo trạng thái tự nhiên

- Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt B:

d

W W B

W W

−

=

−Trong đó:

W: Độ ẩm ở trạng thái tự nhiên của đất yếu

Wd, Wnh: Giới hạn dẻo và giới hạn nhão của đất yếu

▪ Nếu B>1 thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy)

▪ Nếu 0,75<B1,0 là đất yếu dẻo chảy

- Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại như sau:

▪ Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong (1÷2) ngày

▪ Loại II: Loại độ sệt không ổn định; loại này không đạt tiêu chuẩn loại I nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy

▪ Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy

1.3.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông

Bảng 1.1 Các giải pháp xử lý tương ứng theo tư duy xử lý

Giảm thiểu tải trọng bản thân của nền đắp

1 Tăng độ đầm chặt của nền đường;

2 Thay thế vật liệu đắp bằng vật liệu đắp tốt hơn như cấp phối, cát;

3 Sử dụng lưới địa kỹ thuật

Mục đích: Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu.Cát và đá được đầm

bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống Sức chịu

tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc

Hình 1.3 Thi công cọc cát

Cơ sở lý thuyết: Khi gia cố (xử lý) nền đất yếu bằng cọc cát, có 2 quá trình

chính xảy ra là:

- Nếu giả thiết rằng, thể tích các hạt rắn (trong nền đất) là không đổi trong quá trình gia cố đất yếu bằng cọc cát, thì sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là sự thay đổi thể tích lỗ rỗng trong khối đất đó

Cố kết thấm

- Khi cọc cát được hình thành trong nền đất, đã tạo thành giếng thu nước thẳng đứng, tạo điều kiện thuận lợi cho nước trong đất yếu thoát ra ngoài qua cọc cát Dưới tác dụng của tải trọng ngoài (tải trọng đất đắp), theo thời gian, ứng suất có hiệu trong đất nền tăng lên, áp lực nước lỗ rỗng giảm đi, nước trong lỗ rỗng của đất yếu sẽ thấm chủ yếu theo phương ngang vào cọc cát, sau đó thoát ra ngoài theo chiều dài cọc cát

- Ngoài ra, khi đưa cát vào nền đất yếu để hình thành cọc cát, do độ ẩm của cát trong cọc cát nhỏ hơn độ ẩm của nền đất yếu rất nhiều lần, đã tạo điều kiện cho nước trong đất yếu được thấm tập trung về phía cọc cát rất nhanh, làm cho quá trình cố kết thấm ban đầu của đất yếu tăng nhanh

- Dưới tác dụng của quá trình cố kết nêu trên, sức kháng cắt của đất yếu tăng lên, độ lún giảm đi, sức chịu tải của nền đất được cải thiện rõ rệt

Các điểm nổi bật của phương pháp

- Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn

- Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý

- Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m

Phạm vi áp dụng

- Bề dày đất yếu cần xử lý tương đối lớn;

- Chiều cao nền đất đắp tương đối lớn;

- Cọc cát làm tăng cường sự ổn định nền đắp, giảm thiểu độ lún còn lại;

- Khi nền đất yếu cần xử lý có sức chống cắt nhỏ mà việc cải thiện tính chất cơ

lý của đất yếu này bằng cố kết thấm đơn thuần thì hiệu quả đạt được sẽ không cao;

b Phương pháp gia cố nền bằng đường thấm thẳng đứng kết hợp với gia tải trước

b.1 Phương pháp thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát

Giới thiệu phương pháp

- Cọc cát có chức năng như một giếng cát làm cho nước ở trong đất thoát ra nhanh qua lỗ cát này Tiến trình cố kết và độ lớn sẽ được làm tăng và xảy ra nhanh hơn

do trong quá trình xử lý đất Ống thép được cắm vào đất làm cho nền tảng được ép chặt lại Đất được nén chặt thêm bởi quá trình tạo ra lỗ Còn nước ở trong đất thì sẽ bị nén cho thoát ra ngoài lỗ khoan được nhồi cát

Hình 1.4 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giếng cát - theo nguyên lý thoát nước

thẳng đứng

Mô tả phương pháp

- Giếng cát - một số tài liệu trước đây còn gọi là cọc cát; song hiện nay tên gọi của biện pháp xử lý nền đất yếu này thiên về cụm từ giếng cát hơn với lý do: cọc phải

có khả năng chịu lực - cọc cát GCXM chẳng hạn, còn giếng cát chỉ có tác dụng chính

là làm tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu

- Phương pháp này nền đất yếu có tốc độ cố kết nhanh hơn so với phương án

sử dụng bấc thấm, thời gian chờ lún cũng ngắn hơn Thường sử dụng trong trường hợp nền đất yếu có chiều sâu 10m đến 30m

(6) Rút cọc ống, để lại cọc cát trong đất yếu

- Các thiết bị đa năng hiện nay có khả năng vừa hạ giếng cát, cắm bấc thấm, đóng cọc BTCT

- Để có thể ấn cọc thép rỗng vào trong đất, sử dụng một búa rung treo trên đầu cọc ống thép

- Đầu cọc ống thép có cấu tạo đặc biệt với các sườn để tăng cường độ cứng và bản lề Khi ấn cọc xuống mũi cọc sẽ chụm lại tạo thành một ống rỗng trong lớp đất yếu - không gian này sẽ được cát lấp đầy

- Cần thêm một vòi phun nước để hỗ trợ việc "lấp đầy" của cát trong cọc ống thép

b.2 Phương pháp thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm:

Tại Việt Nam, công nghệ mới bấc thấm này đã được sử dụng trong xử lý nền đất yếu cho Dự án nâng cấp QL.5 trên đoạn Km 47-Km 62 vào năm 1993, sau đó dùng cho QL.51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu) và đường Láng - Hoà Lạc Từ 1999 - 2004, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để xử lý đất yếu trong các dự án nâng cấp

và cải tạo QL1A, QL18, QL60, QL80,…

Hình 1.5 Thi công cắm bấc thấm tại Nhà máy chế biến gỗ MDF VRG Kiên Giang

Mô tả thiết bị

Về cơ bản bấc thấm đứng và bấc thấm ngang đều có kết cấu gồm 2 lớp chính là:

- Lớp vỏ lọc được làm bằng lớp vải địa kỹ thuật không dệt có độ bền cơ học lớn, hệ số thấm cao, kích thước lỗ nhỏ giúp ngăn các hạt đất sét nhỏ thâm nhập vào lõi thoát nước

- Lớp lõi nhựa bên trong được thiết kế với nhiều rãnh giúp cho việc thoát nước đạt hiệu quả cao nhất

Ưu điểm phương pháp

- Dễ thi công và lắp đặt

- Khả năng thoát nước tốt

- Không làm xáo trộn tầng đất

- Thân thiện với môi trường

Thi công bấc thấm

- Trước khi thi công giếng cát hoặc bấc thấm bắt buộc phải rãi một lớp cát có

bề dày từ (0.5÷1)m trên nền đất yếu, nếu cần thiết rãi thêm 1 lớp vải địa kĩ thuật trên mặt lớp đất yếu trước khi rải lớp cát Lớp vải kĩ thuật và lớp đệm cát này nhằm đảm bảo việc thoát nước trong quá trình cố kết, đồng thời đảm bảo cho các thiết bị thi công

c Phương pháp thay đất

Cơ sở lý thuyết

- Giải pháp thay đất là thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu dưới nền đường bằng lớp đất khác có cường độ, sức chịu tải tốt hơn so với lớp đất yếu trước đây Giải pháp thay đất có ưu điểm là tăng cường ổn định, giảm độ lún và thời gian chờ lún khi thiết kế xử lý nền đất yếu

- Giải pháp thay đất rất hiệu quả trong trường hợp bề dày đất yếu nhỏ hơn so với vùng ảnh hưởng của tải trọng đắp

- Tính toán chiều sâu thay đất căn cứ vào thời gian cố kết dự kiến, yêu cầu về

độ ổn định nền đắp cần đạt được để xác định chiều sâu thay đất

- Khi kiểm toán thiết kế nền đất yếu bằng giải pháp thay đất, cần phải kiểm tra

2 điều kiện là: Biến dạng lún và ổn định trượt để xác định chiều sâu thay đất; Độ lún còn lại và độ ổn định trượt trước, sau khi thay đất Cần chú ý rằng, sau khi thay đất, xem như phần đất yếu được thay bằng lớp đất tương ứng với bề dày bằng bề dày đất yếu được thay và chỉ tiêu cơ lý của đất thay thế để tính toán ổn định và lún

- Thi công đào thay đất, có thể dùng sơ đồ đào đất yếu bằng máy xúc gầu dây, đào đến đâu thì đắp lấn đến đó Chiều sâu đào thay đất có thể lên tới (2÷3)m, đặc biệt

có thể tới 4,0m

- Trong một số trường hợp nhất định, nên kết hợp giải pháp thay đất với giải pháp gia tải thêm để tăng cường ổn định nền đường và đảm bảo độ lún còn lại theo yêu cầu

Phạm vi áp dụng

- Khi thời hạn yêu cầu đưa công trình đường vào sử dụng là rất ngắn và đào bỏ

đất yếu là một giải pháp tốt để tăng nhanh quá trình cố kết

- Khi các đặc trưng cơ lý, đặc biệt là sức chịu tải của đất yếu là rất nhỏ mà việc cải thiện nó bằng cố kết là không có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền đắp

- Khi cao độ thiết kế gần với cao độ tự nhiên, không thể đắp nền đường đủ dày

để đảm bảo cường độ cần thiết dưới kết cấu mặt đường

- Bề dày lớp đất yếu nhỏ từ 2m trở xuống thì nên đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu này để đáy nền đường tiếp xúc với tầng đất không yếu

- Đất yếu là than bùn loại I hoặc loại sét, á sét dẻo mềm, dẻo chảy Trường hợp này nếu chiều dày đất yếu vượt quá (4÷5)m thì có thể đào một phần sao cho phần đất yếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng (1/2÷1/3) chiều cao đất đắp (kể cả phần đắp chìm trong đất yếu)

- Trong trường hợp đất yếu có bề dày dưới 3m và có cường độ quá thấp mà đào ra không kịp đắp lấn như than bùn loại II, loại III, bùn sét (độ sệt B >1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp dụng giải pháp bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đất đắp quá tải để nền tự lún đến đáy lớp đất yếu

- Trường hợp nền đường đầu cầu đắp có chiều cao không lớn (khoảng 1,0m)

mà đất yếu có chiều dày tương đối lớn

- Yêu cầu kỹ thuật về độ lún còn lại không đòi hỏi cao như những đoạn nền thông thường (tốc độ thiết kế ≤ 40 Km/h), đoạn đường thiết kế có kết cấu lớp mặt là cấp cao A2 trở xuống

Giải pháp thay đất đã được áp dụng trong xây dựng giao thông ở nước ta như:

Dự án nâng cấp, mở rộng QL.1A đoạn Dốc Xây - Thành phố Thanh Hóa; Đại lộ Nam

sông Mã, đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương;

d Phương pháp gia tải nén trước

d.1 Đặc điểm và phạm vi áp dụng

Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hòa nước Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Tăng sức chịu tải của nền đất

- Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian

Các biện pháp thực hiện:

- Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá, ) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình

- Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian

- Tùy yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên

d.2 Phương pháp nén trước không dùng giếng thoát nước

Điều kiện địa chất công trình

- Để đạt được mục đích làm cho đất chặt, ép thoát nước ra khỏi lỗ rỗng thì những trường hợp sau thích hợp cho phương pháp gia tải nén trước:

+ Trên cùng là lớp đất trồng trọt, giữa là lớp đất yếu cần gia cố, dưới cùng

là lớp cát tự nhiên Khi chịu tải trọng nén trước thì nước lỗ rỗng của đất yếu sẽ bị ép thoát vào lớp cát tự nhiên

+ Trên cùng là lớp cát tự nhiên, ở giữa là lớp đất yếu cần xử lý Dưới cùng

là lớp cát tự nhiên Khi chịu tải trọng nén trước, nước lỗ rỗng trong lớp bị ép thoát ra theo cả hai chiều lên và xuống vào hai lớp cát tự nhiên

- Trường hợp này khi chịu tải trọng nén, nước thoát ra theo chiều lên vào tầng cát, trường hợp nếu không có lớp cát tự nhiên thì có thể làm một lớp đệm cát nhân tạo sau đó tác dụng tải trọng nén trước

Biện pháp thi công: Để thi công gia tải nén trước ta có thể dùng hai cách sau:

- Cách 1: Chất tải trọng nén trước lên mặt đất tại vị trí xây móng, đợi một thời gian theo yêu cầu thiết kế để độ lún đạt ổn định, rồi dỡ tải để đào hố móng và thi công móng (với chiều sâu chôn móng h1.0m) Nếu chiều sâu chôn móng lớn thì đào hố móng đến độ sâu bé hơn cốt đáy móng 50cm rồi chất tải trọng nén

- Cách 2: Có thể xây dựng móng trước, sau đó chất tải lên móng để móng lún đến trị số ổn định, sau đó dỡ tải và xây dựng kết cấu bên trên Trong hai biện pháp trên, tùy theo điều kiện cụ thể mà chọn biện pháp thích hợp

d.3 Phương pháp nén trước có đường thấm thẳng đứng

Điều kiện địa chất công trình

- Có hai loại đường thấm thẳng đứng: Giếng cát (SW) và bấc thấm (PVD) Tác dụng của đường thấm thẳng đứng là để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép

- Để tăng nhanh tốc độ cố kết, ta thường kết hợp biện pháp xử lý bằng bấc thấm, giếng cát với biện pháp gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2-3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm t mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải

- Cấu tạo chung của nền đường đắp trên đất yếu có sử dụng thiết bị thoát nước thẳng đứng (bấc thấm hoặc giếng cát)

Trình tự các bước thi công

- Định vị trí chân taluy nền đường;

- Đào bỏ một phần đất yếu theo thiết kế, thường từ 0,5-0,8m;

- Rãi vải địa kỹ thuật, nên rãi vuông góc với tim đường, mép vải chồng lên nhau 15-20cm;

- Đặt thiết bị quan trắc lún thẳng đứng;

- Đắp lớp đệm cát đến cao độ thiết kế và tạo phẳng;

- Đặt thiết bị quan trắc chuyển vị ngang để quan trắc chuyển vị ngang của nền đường;

- Tiến hành cắm bấc thấm (cắm PVD - Phabricatied Vertical Drainage), việc cắm bấc thấm thực hiện bằng các máy cắm bấc chuyên dụng Sau khi cắm, bấc phải cao hơn bề mặt lớp đệm cát từ 15-20cm

- Đắp đất: đất được đắp thành từng lớp với chiều dày mỗi lớp 15, 20 hoặc 25cm Tốc độ đắp tuân thủ theo thiết kế, kết hợp quan trắc lún để xử lý kịp thời trong trường hợp lún nhanh quá tốc độ thiết kế

e Giải pháp vải địa kỹ thuật

Hình 1.6 Vải địa kỹ thuật được sử dụng tại đường dẫn vào cầu

Cơ sở lý thuyết

- Vải địa kỹ thuật (ĐKT) là loại vật liệu polime có tính thấm tốt, được sản xuất theo công nghệ dệt thoi, dệt kim hoặc không dệt và sử dụng trong các công trình địa

kỹ thuật và các công trình xây dựng

- Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đắp, ma sát giữa đất đắp và vải ĐKT sẽ tạo ra một lực giữ khối đất đắp, nhờ đó mức độ ổn định của nền đất đắp được tăng lên đáng kể

- Việc lựa chọn loại và tính chất của vải ĐKT cũng như xác định số các lớp vải

ĐKT dựa vào kết quả tính toán ổn định trượt trên cơ sở độ ổn định trượt nền đất cần đạt được và cường độ kéo đứt cho phép của vải ĐKT cũng như chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất yếu

- Khi bố trí nhiều lớp vải ĐKT, mỗi lớp vải ĐKT được xen kẽ bằng các lớp đất đắp (thường dùng là cát, đất cấp phối) có bề dày từ (15 – 30)cm phụ thuộc vào khả năng lu lèn của thiết bị và loại đất đắp

- Vải địa kỹ thuật được sử dụng cho thoát nước bề mặt

- Vải địa kỹ thuật được sử dụng cho chống xói bề mặt

Vải địa kỹ thuật thường được kết hợp với một số giải pháp khác như thoát nước thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm) hoặc thay đất, gia tải trước trong xử lý nền đường đắp trên đất yếu Thực tế trong xây dựng giao thông ở nước ta, đã áp dụng vải ĐKT tại các công trình như:

- Đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương;

- Các đoạn đường nối Bình Thuận - Chợ Đệm, Tân Tạo - Chợ Đệm;

- QL1A đoạn Pháp Vân - Cầu Giẽ, QL1.A đoạn Dốc Xây - TP Thanh Hóa;

f Giải pháp sàn giảm tải

Đối với những đoạn nền đường đắp cao và trên lớp đất yếu dày, yêu cầu độ lún còn lại nhỏ (đoạn đường đầu cầu) thì giải pháp dùng cọc bê tông cốt thép kết hợp sàn giảm tải được áp dụng nhằm tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu, giảm thiểu độ lún nền đất, rút ngắn thời gian thi công dự án

các tiêu chuẩn tính móng cọc (cọc chống, cọc ma sát) trong các tài liệu đã có, các tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn ngành

Hình 1.7 Cấu tạo sàn giảm tải cầu Kênh Năm (Cà Mau)

Phạm vi áp dụng

- Nền đường đắp cao, đường đầu cầu, đường qua cống (Chiều cao đắp

Hđ>4,0m)

- Chiều dày đất yếu từ trung bình đến tương đối lớn (12m hoặc lớn hơn)

- Để tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu

- Triệt tiêu hoặc giảm thiểu độ lún nền đất cũng như lún không đều, lún lệch

- Khi công trình đòi hỏi thời gian hoàn thành công trình ngắn

- Sử dụng kết hợp với giải pháp khác như đất có cốt, tường chắn để có thể tiết kiệm được phạm vi giải phóng mặt bằng, có hiệu quả đối với đường trong đô thị, trong nút giao

Đánh giá hiệu quả kỹ thuật

- Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng sàn giảm tải trên cọc bê tông đã được áp dụng tại dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương, tuyến N2 Trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, đối với những nơi có bề dày đất yếu lớn (khoảng 40m), cần cân nhắc hiệu quả kinh tế của giải pháp này vì liên quan đến kích thước và chiều dài của cọc BTCT

- Trong trường hợp đất yếu có bề dày lớn, khi áp dụng giải pháp móng cọc BTCT phải chú ý đến hiện tượng ma sát âm phát sinh trong nền đất yếu vì nó sẽ làm cho các hệ cọc - sàn giảm tải - đất đắp lún xuống, làm ảnh hưởng tới chất lượng khai thác tuyến đường

1.3.4 Một số giải pháp công nghệ mới xử lý lún nền đường đầu cầu đã được

sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông

a Phương pháp nén trước bằng chân không

a.1 Cơ chế

Quá trình củng cố nền đất dưới tác dụng của phụ tải được hiểu và được minh hoạ về sự cố kết được chỉ ra trong fig.1(a) Để thuận tiện cho việc giải thích, những áp lực trong fig.1 là những giá trị tuyệt đối và Pa là áp suất khí quyển Như trong hình

fig.1, khi chất một tải p , áp lực nước lỗ rỗng quá độ khi chất tải Vì vậy, khi đất bão hoà, áp lực nước lỗ rỗng quá độ ban đầu, u0 tương ứng với một tải p Dần dần, nước sẽ thoát ra ngoài fig.1(a) Lượng tăng ứng suất có hiệu bằng lượng giảm áp lực

nước lỗ rỗng p −  , fig 1(a) Độ cố kết cuối cùng, u  = và tổng ứng suất có hiệu u 0

đạt được bằng phụ tải, p Cần lưu ý rằng quá trình trên không chịu ảnh hưởng của áp suất khí quyển

Cơ chế cố kết chân không cũng được minh hoạ tương tự ở fig.1(b) Áp lực nước

lỗ rỗng trong đất giảm xuống khi chất tải fig.1(b) Tổng áp lực là không đổi, áp lực có hiệu trong đất tăng lên Ví dụ, khi có tải chân không, − , áp lực nước lỗ rỗng là p u  Dần dần, áp lực nước lỗ rỗng giảm xuống và bắt đầu cố kết, có nghĩa là đất bắt đầu đạt được ứng suất có hiệu Lượng ứng suất có hiệu tăng lên bằng lượng áp lực nước lỗ

rỗng giảm xuống u nhưng không vượt quá áp suất khí quyển Pa, thường là 80KPa

Hình 1.8 Quá trình cố kết của đất a.2 Công nghệ: Nguyên lý của phương pháp này là tạo ra một áp suất hút chân

không tác động trực tiếp vào khối đất làm giảm áp lực nước lỗ rỗng (hút nước ra), dẫn đến tăng ứng suất hữu hiệu trong nền đất trong khi ứng suất tổng không thay đổi, từ đó

làm tăng quá trình cố kết của nền đất

Hiện nay công nghệ này đã và đang được xem là một giải pháp xử lý nền hiệu quả và ứng dụng ở nhiều dự án lớn tại Việt Nam

Những ống ngang này có đường kính từ 50 đến 100mm được đục lỗ và bọc vải thấm có chức năng như một tấm lọc (Hình 1.9) Các ống nằm ngang này được nối với các đường ống chân không chính Ba lớp màng PVC mỏng được bọc ở bên ngoài nhằm cải thiện vùng chân không kết hợp với thu nước từ rãnh xương cá Nhờ đó, toàn

bộ khu vực đất cần cải thiện phải chia thành các nhóm nhỏ để thuận lợi cho việc lắp đặt những membrane Áp lực chân không được tạo ra bằng cách sử dụng máy bơm chân không liên tục trong suốt thời gian gia tải

Hình 1.9 Hệ thống cố kết chân không a.3 Quy trình lắp đặt và thi công cố kết chân không

(1) Trải một lớp vải địa kỹ thuật và một lớp cát (dày khoảng 1m) để làm nền cho lớp thoát nước đạt hiệu quả tốt nhất

(2) Lắp đặt các ống dẫn nước D50 thoát nước thẳng đứng tạo thành lưới với mật

độ (theo tính toán)

(3) Lắp đặt và nối các mạng lưới thoát nước ngang và dọc tới trạm bơm

(4) Lắp đặt màng cách nước (bằng nhựa tổng hợp) bao quanh khu vực thi công đến tận đáy lớp đất yếu để đảm bảo không thấm nước

(5) Lắp đặt các thiết bị đo đạc và quan trắc nền đất

(6) Đào mương dẫn nước bên ngoài, ngăn nước bằng bentonite và Polyacrylate (7) Trải lớp màng chống thấm PVC trên mặt nền, lắp đặt trạm bơm nước và tiến hành bơm hút chân không

(8) Thi công các lớp đất bên trên màng chống thấm để bù lại độ lún cố kết nhằm mục đích đạt được cao độ thiết kế và làm nhanh độ lún cố kết

a.4 Kết luận

Với diện tích rất lớn có đất yếu cùng với nhu cầu phát triển không gian đô thị,

sự cạn kiệt nguồn vật liệu làm tăng gia chất tải, phương pháp cố kết chân không đặc biệt phù hợp với điều kiện Việt Nam

Ứng dụng thực sự của phương pháp này trong xây dựng chưa tốt vì các nguyên nhân:

- Rất khó để làm kín khí trong quá trình hút chân không

- Có giới hạn về độ sâu

- Hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát với hệ số thấm cao nằm xen kẹp

- Giá thành cao do sứ dụng các cọc cừ ngăn cách vùng cần gia cố nhằm làm tăng độ hút chân không

Ưu điểm chính của phương pháp này là chiều cao của lớp đất gia tải đắp trên nền đất sét yếu giảm từ đó ngăn chặn được hiện tượng mất ổn định có thể xảy ra so với đắp đất gia tải Phương pháp này có thể kết hợp được với các phương pháp xử lý nền đất yếu khác để tăng hiệu quả

Phương pháp này tiết kiệm được 30% chi phí so với một số phương pháp khác

và tiết kiệm được 50% thời gian chờ cố kết so với phương pháp đắp đất gia tải

b Giải pháp cọc đất - xi măng

Phương pháp trộn dưới sâu là một kỹ thuật cải tạo đất để gia tăng cường độ, kiểm soát biến dạng, và giảm thấm nhờ đất được trộn với xi măng và các vật liệu khác Phương pháp này có nhiều ưu điểm:

- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội

- Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt

- Thi công được trong nước

- Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận

- Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường

- Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế

- Và đặc biệt là thi công nhanh, thời gian đất đạt yêu cầu kỹ thuật xử lý ngắn, đẩy nhanh được tiến độ cải tạo đất nền

Về công nghệ thi công cọc đất xi măng hoặc vôi thì hiện tại trên thế giới đã phát triển thuần thục 2 loại công nghệ trộn phun ướt (Wet Jet Mixing Method) và công nghệ phun khô (Dry Jet Mixing Method)

Phương pháp trộn phun ướt hay phương pháp trộn vữa với đất yếu:

Theo công nghệ này vữa xi măng hoặc vữa vôi được phun vào đất yếu với áp lực

có thể tới 20MPa từ một vòi phun xoay nằm giữa trục cần khoan

Phương pháp trộn phun khô

Năm 1982, Chida đề nghị một phương pháp dùng bột xi măng hay vôi sống thay cho vữa ở phương pháp phun ướt Cũng tương tự, theo công nghệ này bột xi măng

hoặc vôi được khí nén bơm phun vào vào trong đất ở dưới sâu qua một ống có lỗ phun

bố trí ở tim của cần khoan (cũng tức là trục của thiết bị trộn), tiếp đó bột được trộn cơ học bằng cách quay trong điều kiện không thêm nước vào đất yếu Như vậy công nghệ này có ưu điểm hơn công nghệ trộn phun ướt vì chỉ sử dụng nước có trong đất yếu để thủy hóa chất liên kết nên cường độ đất gia cố sẽ cao hơn, thêm vào đó lượng nhiệt tạo

ra khi thủy hóa làm khô thêm đất yếu lân cận và hiệu quả gia cố cũng cao hơn

Hình 1.10 Phương pháp trộn phun khô dưới sâu

- Khi áp dụng giải pháp này cần có những điều tra, nghiên cứu về hàm lượng hữu

cơ, thành phần khoáng hoá của đất yếu vì nếu như đất có chứa hàm lượng hữu cơ lớn hoặc có độ pH nhỏ thì cường độ của cọc đất gia cố xi măng sẽ tăng lên không nhiều

- Thực hiện giải pháp cọc đất - xi măng không cần thời gian chờ nền đất cố kết

c Giải pháp sử dụng cống hộp hoặc cống tròn thay thế một phần nền đường đắp đầu cầu

c.1 Nội dung và phân tích giải pháp

Sử dụng cống hộp thay thế một phần đất đắp có tác dụng giảm vật liệu đắp tăng

ổn định chống trượt và chống lún, chống xói sụt do nước mặt, dễ thi công, đơn giản khi xử lý móng, phù hợp với trình độ thi công của các nhà thầu xây dựng ở nước ta hiện nay Ngoài ra, chi phí đầu tư xây đựng và duy tu bảo dưỡng đều ít hơn so với giải

pháp kéo dài cầu Tuy vậy, trong một số trường hợp so với giải pháp xử lý như đã trình bày ở các phần trên thì giải pháp này có chi phí cao hơn

c.2 Cấu tạo cống

Móng cống: Do tải trọng khai thác lớn, nền đất yếu nên móng cống được làm bằng BTCT đặt trực tiếp lên nền đất và được gia cố bằng hệ cọc BTCT, mật độ và kích thước cọc phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình Khi tính toán cho hệ cọc BTCT

bố trí làm móng cống phải xét tới tương tác giữa hệ cọc và đất nền

Cấu tạo đốt cống: Các đốt cống bằng BTCT có cấu tạo hình khối hộp chữ nhật, chiều rộng bằng chiều rộng nền đường tính toán, chiều dài từ (38÷102)cm tuỳ thuộc vào tính toán thiết kế, độ dốc dọc của cống phù hợp với dốc ngang của đường

Việc tính toán thiết kế cho các bộ phận của đốt cống được tiến hành theo các phương pháp của cơ học kết cấu

Hình 1.11 Sử dụng ống cống thay cho đất đắp nền đường đầu cầu để giảm nhẹ

tải trọng tác dụng lên nền đất yếu bên dưới

d Nhận xét, đánh giá

Để làm cơ sở đề xuất các giải pháp thiết kế, trước tiên cần phải tính toán đánh giá mức độ ổn định và diễn biến độ lún đối với trường hợp nền đắp trực tiếp trên đất yếu (không áp dụng một biện pháp xử lý nào khác)

Nếu kết quả tính toán cho thấy không đảm bảo được các yêu cầu và tiêu chuẩn thì mới đề xuất các phương pháp xử lý cho mỗi đoạn Trước hết là các phương án đơn giản nhất (kể cả phương án thay đổi kích cỡ nền đắp về chiều cao và độ dốc mái ta luy), có thể đưa ra các phương án kết hợp đồng thời một số giải pháp trên, giải pháp kéo dài cầu dẫn qua vùng đất yếu, làm sàn giảm tải

Trong mọi trường hợp cần phải tận dụng hết thời gian thi công cho phép: Đắp trên đất yếu phải khởi công sớm nhất và nếu cần thiết có thể cho phép kéo dài tối đa tới kỳ hạn cuối cùng trong tiến độ chung hoặc chia làm nhiều đợt đắp, vừa đắp vừa chờ cố kết

Trong quá trình thi công trên thực tế, phải luôn xem xét kết quả theo dõi hệ thống quan trắc, so sánh nó với các yêu cầu khống chế về ổn định và biến dạng để kịp thời điều chỉnh lại tốc độ đắp nếu cần thiết, đồng thời có thể điều chỉnh cả các giải pháp thiết kế theo hướng có lợi hơn về kinh tế - kỹ thuật so với thiết kế ban đầu Đặc biệt là phải dựa vào quan trắc lún thực để dự báo lún cố kết còn lại khi quyết định thời điểm có thể thi công các hạng mục công trình có liên quan đến yêu cầu khống chế lún của nền đắp trên đất yếu

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Trong thời gian qua hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng gia tăng Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp và hạn chế cơ sở vật chất của nước ta Trong những năm tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ không ngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng đường, cảng biển, lấn biển và công trình hạ tầng cơ

sở khác;

Về mặt cơ sở lý thuyết, chỉ dẫn kỹ thuật thi công,v.v thực tế đã cho thấy các giải pháp xử lý nền đang sử dụng phổ biến cho công trình đường đắp trên đất yếu hiện nay hoàn toàn có có thể áp dụng vào thiết kế công trình đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu

CHƯƠNG II CÁC YÊU CẦU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

2.1 GIỚI THIỆU

Trong chương này Luận văn trình bày các nội dung chính là:

- Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu;

- Giới thiệu phần mềm Plaxis trong tính toán ổn định biến dạng của nền đất;

- Phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch đường đầu cầu

2.2 YÊU CẦU VỀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

2.2.1 Yêu cầu đảm bảo ổn định của công trình nền đắp trên nền đất yếu và phương pháp kiểm toán ổn định

a Yêu cầu đảm bảo ổn định

Nền đắp trên đất yếu sẽ bị mất ổn định khi sức chống cắt của đất yếu không đủ chịu đựng được ứng suất cắt do tải trọng ngoài (đất đắp và xe cộ) gây ra trong chúng Một khi vùng đất yếu không hoàn toàn đối xứng (về tình trạng và đặc trưng cơ lý) so với tim nền đắp thì mất ổn định có thể xảy ra dưới dạng trượt trồi về một bên Ngược lại khi các yếu tố trên đối xứng thì mất ổn định có thể xảy ra dưới dạng nền bị sụt sâu vào trong đất yếu Hầu hết các trường hợp mất ổn định xảy ra dưới dạng trượt trồi về một phía và xảy ra ngay trong quá trình đắp, lúc cường độ chống cắt của đất yếu còn thấp nhất (chưa cố kết)

Bảng 2.1 Hệ số ổn định yêu cầu

Phương pháp và số liệu thí nghiệm Hệ số xác định yêu cầu

1 Khi áp dụng phương pháp phân mảnh cổ điển kiểm toán ổn

định theo ứng suất tổng (không xét áp lực khe rỗng):

- Dùng chỉ tiêu cắt nhanh

- Dùng cường độ cắt nhanh

2 Khi áp dụng phương pháp phân mảnh cổ điển kiểm toán ổn

định theo ứng suất hữu hiệu

- Dùng chỉ tiêu cắt nhanh và cắt nhanh cố kết

- Dùng cường độ cắt cánh

3 Khi kiểm toán thep phương pháp Bishop

1,20 1,20

1,20 1,30 1,40 Yêu cầu ổn định được định lượng bằng hệ số ổn định yêu cầu: Ở một số tiêu chuẩn chỉ đặt ra một hệ số yêu cầu chung là 1,50 nhưng ở một số tiêu chuẩn khác thì

quy định hệ số ổn định yêu cầu chi tiết hơn tuỳ thuộc phương pháp kiểm toán ổn định

áp dụng, phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chống cắt không thoát nước như

- K5 : Xét đến loại đất và vai trò của nó trong kết cấu nền đắp, K5 = 1,0÷1,05

- K6 : Xét đến mức độ tin cậy của phương pháp tính toán ổn định (các giả thiết dùng trong tính toán)

b Về phương pháp kiểm toán ổn định

Hầu hết tiêu chuẩn các nước đều sử dụng phương pháp mặt trượt tròn để kiểm toán ổn định (kể cả cho trường hợp nền mất ổn định dưới dạng sụt sâu) Sở dĩ như vậy

là vì phương pháp này không bị ràng buộc bởi những giả thiết tuân thủ lý thuyết đàn hồi như trong các phương pháp tính ứng suất cắt xuất hiện trong đất mà dựa trên cơ sở

lý thuyết cân bằng giới hạn Trong khi so với các phương pháp cân bằng giới hạn khác thì nhiều nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình cũng đã chứng tỏ xét cân bằng giới hạn trên mặt trượt tròn cũng khá phù hợp với các mặt trượt thực xảy ra trong đất yếu, hơn nữa với mặt trượt tròn việc tính toán và lập phần mềm tính toán là thuận lợi hơn rất nhiều so với tính toán theo các dạng mặt trượt khác (như mặt trượt dạng xoắn ốc) Phương pháp mặt trượt tròn còn có ưu điểm là áp dụng được cho cả nền đắp và đất yếu không đồng nhất, tức là về nguyên tắc trên mỗi đoạn nhỏ mặt trượt giả thiết có thể tính với các đặc trưng chống cắt thay đổi, thậm chí còn có thể áp dụng C và khác nhau khi mặt trượt giả thiết chạy qua từng điểm có mức độ cố kết đạt được khác nhau, sau một thời gian duy trì tải trọng đắp (trường hợp áp dụng giải pháp đắp dần theo giai đoạn) Đây là một ưu điểm nổi bật vì nếu kiểm toán theo các công thức xác định tải trọng giới hạn p gh = f(C,u) khác thì thông thường phải xem nền đất yếu là đồng nhất Ngoài ra các phương pháp tính tải trọng giới hạn cũng không xét được sự

làm việc đồng thời giữa công tính đắp nhân tạo với nền đất yếu phía dưới (mặt trượt tròn đồng thời cắt qua phần nền đắp và phần đất yếu)

Khi kiểm toán ổn định theo phương pháp mặt trượt tròn đương nhiên là có thể sử dụng các phần mềm đường phổ biến hiện nay Tuy nhiên trước khi sử dụng bất kỳ phần mềm nào đều phải tìm hiểu kỹ cơ sở và các điều kiện ràng buộc của nó, chẳng hạn như: Phần mềm đó dùng phương pháp phân mảnh cổ điển hay Bishop, có xét đến lực đẩy nổi không, tính theo ứng suất tổng hay ứng suất hữu hiệu,… Ngoài ra trong tính toán còn cần chú ý tra theo các chỉ dẫn sau:

- Kiểm toán riêng cho từng phân đoạn tương ứng với các đặc trưng đất yếu của riêng đoạn đó, nếu tầng đất yếu gồm nhiều lớp khác nhau thì tương ứng với lớp nào phải dùng trị số tính toán của lớp đó với số liệu mẫu thử đảm bảo đủ độ tin cậy;

- Khi kiểm toán ổn định phải kể đến phần tải trọng đắp bù lún S Điều này có nghĩa là phải tính dự báo lún trước theo phương pháp thử dần (giả thiết Si, cộng Si với chiều cao đắp thiết kế Hđắp rồi tính lún với nền S = Si là được) Như vậy chiều cao đắp kiểm toán là Hđắp + S;

- Khi kiểm toán phải xét đến tải trọng xe cộ chỉ trong trường hợp khai thác lâu dài, bằng cách xếp xe kín bề rộng nền đắp rồi quy đổi ra một chiều cao đắp tương đương còn các trường hợp kiểm toán trong quá trình thi công thì không cần xét đến tải trọng xe cộ (chú ý khi tính toán không xét đến tải trọng xe cộ vì độ lún cố kết chỉ xảy

ra khi tải trọng tác dụng lâu dài);

- Trường hợp vùng có địa chấn (động đất) thì chỉ xét đến lực động đất theo phương nằm ngang mà không cần xét đến lực động đất theo phương thẳng đứng

2.2.2 Yêu cầu về độ lún cho phép và phương pháp dự báo lún

Độ lún của công trình đắp trên đất yếu ở trong mọi tiêu chuẩn của các nước được thống nhất xác định xét đến 3 thành phần như biểu thị ở trên biểu thức (2.2):

S = Sc + Stức thời + Stừ biến (2.2) Trong đó:

- Sc : Độ lún cố kết do nước lỗ rỗng thoát ra trong quá trình chịu tải trọng đắp (Quá trình nước lỗ rỗng thoát ra hết được gọi là quá trình cố kết chủ yếu)

- Stức thời : Phần độ lún xảy ra lúc đất yếu mới chịu tải trọng đắp do đất yếu bị chuyển dịch ngang sang hai bên (biến dạng trong điều kiện thể tích không thay đổi)

- Stừ biến : Phần độ lún xảy ra trong quá trình cố kết thứ yếu

Tuy nhiên, để tiện tính toán dự báo độ lún tổng cộng S trong một số tiêu chuẩn sử dụng biểu thức:

Với hệ số m là một hệ số kinh nghiệm để xét đến 2 thành phần độ lún Stức thời và

Stừ biến Theo những nghiên cứu thực nghiệm thì m phụ thuộc loại đất yếu (đất càng yếu thì m càng lớn) chiều cao đắp, tốc độ đắp và cả giải pháp xử lý đất yếu Nếu giải pháp

xử lý có tác dụng hạn chế đất yếu bị đẩy trồi ngang thì m nhỏ và nếu dùng giải pháp đóng giếng cát hoặc bấc thấm gây xáo động đất yếu càng nhiều thì m càng lớn thậm chí lúc đó m = (1,6÷1,7)

Yêu cầu về độ lún cho phép ở các tiêu chuẩn nhiều nước phương Tây thường không quy định cụ thể mà xem đó là điều chủ đầu tư và tư vấn thiết kế phải tự quyết định tuỳ theo yêu cầu khai thác sử dụng của công trình

Khi độ lún còn trong niên hạn sử dụng thiết kế của mặt đường (gọi tắt là độ lún sau thi công) không thoả mãn yêu cầu ở Bảng 2.2 thì phải tiến hành thiết kế xử lý về lún

Độ lún thi công cho phép (cũng gọi là độ lún còn lại hoặc độ lún thặng dư) có liên quan đến khá nhiều vấn đề Quyết định trị số độ lún cho phép này sẽ trực tiếp ảnh hưởng tới giá thành công trình và tính năng sử dụng của đường Cách đối xử với vấn

đề này ở trong và ngoài nước là không giống nhau, góc độ nhìn nhận vấn đề này cũng luôn thay đổi

Bảng 2.2 Độ lún sau thi công cho phép

Cấp hạng đường Vị trí đoạn nền đường

Mố cầu Chỗ có cống

hoặc hầm chui

Các đoạn nền thông thường Đường cao tốc cấp I ≤ 10 cm ≤ 20 cm ≤ 30 cm Đường cấp II có mặt đường cấp

cao

≤ 20 cm ≤ 30 cm ≤ 50 cm

Năm 1967, trong cuốn “Chỉ dẫn và phương châm thi công nền đất đường ôtô” của Nhật Bản quy định “Nếu sau khi kết thúc thi công đắp nền mà phải rải mặt đường cấp cao ngay thì độ lún còn lại giới hạn tại tim nền đắp là (10÷30)cm đối với đoạn đường thông thường và tại chỗ liền kề với cầu hoặc các công trình là (5÷10)cm

Năm 1970, tài liệu “Yếu lĩnh thiết kế” về nền, mặt đường, thoát nước và cây xanh của Hiệp hội Đường bộ Nhật Bản định nghĩa: Độ lún còn lại của các đoạn đường thông thường là hiệu số giữa độ lún dự báo cuối cùng trừ đi độ lún lúc thi công xong mặt đường, nhưng nếu có thực hiện việc gia tải trước thì độ lún còn lại là độ lún sau khi dỡ tải Các trị số độ võng còn lại này được chọn dùng theo các nguyên tắc sau:

- Về mặt liên quan đến độ bằng phẳng của mặt đường sau khi thi công xong mặt đường thì trị số độ võng còn lại cho phép là 10cm

- Về mặt liên quan đến độ lún dự tính để lại khi thi công đào cống hộp thì trị số cho phép là 30 cm

Ở cuốn “Chỉ dẫn kỹ thuật xử lý nền đất yếu” của Hiệp hội Đường bộ Nhật năm

1989 lại yêu cầu: Trong 3 năm sau khi rải mặt đường, độ lún cho phép tại tim nền đắp được quyết định theo tầm quan trọng của đường Tại đoạn nền đắp liền kề với đầu cầu (đường dẫn lên đầu cầu) thì phải khống chế trong phạm vi (10÷30)cm

Gần đây nhất trong “Quy phạm thiết kế đường ô tô cấp cao” của Nhật Bản đã không xét đến độ lún còn lại sau khi thi công cho phép mà lại đặt trọng điểm vào việc tính toán ổn định nền đắp Không yêu cầu xét đến độ lún còn lại vì 3 lý do sau:

- Nếu sử dụng biện pháp thi công rẻ tiền thì chắc chắn là không có cách gì giảm bớt được độ lún kéo dài (ở đây là nói đến độ lún cố kết thứ cấp, tức độ lún từ biến)

- Khi đắp nền đường, dù độ lún kéo dài rất lớn thì vẫn có thể khống chế trong giai đoạn duy tu quản lý

- Quan hệ thay đổi giữa độ lún và thời gian rất khó khống chế

Ở Việt Nam, tình hình thực tế xây dựng nền đắp trên đất yếu ngày càng cho thấy

rõ mối liên hệ chặt giữa yêu cầu về độ lún cho phép còn lại với chi phí đầu tư và các quan điểm đối xử với vấn đề lún cũng diễn ra như tình hình ở Nhật Bản và Trung Quốc vừa đề cập ở trên Cụ thể là trong “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262-2000” chỉ quy định xét đến độ lún cho phép còn lại đối với đường cao tốc và đường ô tô cấp 60 trở lên có tầng mặt loại cấp cao A1 (bê tông nhựa hoặc bê tông), còn đối với đường cấp thấp (tốc độ thiết kế 20÷40km/h) chỉ sử dụng áo đường cấp cao A2 trở xuống (láng nhựa, thấm nhập và mặt cấp phối thiên nhiên, đá dăm nước,…) thì không đề cập đến yêu cầu độ lún cố kết còn lại tức là cho phép lún không hạn chế, lún đến đâu bù đến đó

Tiếp đó trong năm 2006 sau nhiều cuộc hội thảo trong nước, Bộ GTVT đã ban hành tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 “Thiết kế áo đường mềm, các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế” trong đó quy định rõ thời gian tính toán độ lún còn lại chỉ là 15 năm kể từ khi xây dựng xong kết cấu áo đường cấp cao A1 đưa chúng vào khai thác trên các đường cao tốc và các đường có sử dụng áo đường cấp cao A1 khác Tức là độ lún còn lại chỉ tính với thời hạn 15 năm chứ không phải tính với thời hạn lún cố kết xong (có thể kéo dài hàng trăm năm như trước nữa) vì một tuyến đường cấp cao sau 15 năm ít nhất phải trải qua 2 kỳ trung tu và đến 15 năm phải làm lại hoặc cải tạo nâng cấp

Với quy định này độ lún cho phép còn lại trong 15 năm là (10÷30)cm (tùy thuộc

vị trí đoạn đường) thì trung bình mỗi năm chỉ phải bù lún (0.65÷2)cm/năm và như vậy

sẽ rất ít ảnh hưởng đến chất lượng khai thác sử dụng trong 15 năm đó