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

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 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 x

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Mã số : 85.80.205

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2019

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Phương Hoa

Phản biện 1: TS Cao Văn Lâm

Phản biện 2: TS Đặng Việt Dũng

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông họp tại Trường Đại

học Bách khoa vào ngày 24 tháng 11 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

 Thư viện Khoa Xây dựng cầu đường, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

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

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 TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 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 đề xuất các biện pháp xử lý lún

3.2 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 – TL911 – huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh.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 án 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 thấp 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

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 914 - huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

- Chương 1: Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu;

- Chương 2: Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố cầu, 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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 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



1.2 TỔNG QUAN VỀ 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

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

1.3.2 Phân loại đất yếu

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

a Phương pháp cọc cát;

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

c Phương pháp thay đất;

d Phương pháp gia tải nén trước;

e Phương pháp vải địa kỹ thuật;

f Phương pháp sử dụng sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc

bê tông cốt thép

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;

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 2 : CÁC YÊU CẦU VỀ 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 đất đắp và xe

cộ gây ra trong chúng Một khi vùng đất yếu không hoàn toàn đối xứng (về tình trạng, 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)

b Về phương pháp kiểm toán ổn định

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 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

2.2.2 Yêu cầu về độ lún cho phép và phương pháp dự báo lún 2.2.3 Phương pháp dự báo tổng cộng

2.2.4 Xác định sức chịu tải của cọc

Tính theo Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) trong Giáo trình:

“Thí nghiệm đất hiện trường và ứng dụng trong phân tích móng” của đồng tác giả GS.TS Vũ Công Ngữ - ThS Nguyễn Thái

+ Qr: Sức chịu tải của cọc theo đất nền;

+ Pr: Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

c Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu

c.1 Sức kháng dọc trục danh định

Pn= 0,85.[0,85.fc.(Ag-Ast) +fy.Ast] (N) (TCN- 5.7.4.4-1) Trong đó:

f’c: Cường độ chịu nén của BT cọc(MPa); f’c = 30 MPa

Pr = .Pn (MN) Với  : Hệ số sức kháng ,  = 0,75 (TCN-5.5.4.2.1)

d Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền

* Lưu ý: Muốn tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền ta

dựa vào mặt cắt địa chất tại các vị trí đầu cầu trong khu vực xây dựng cầu, để từ đó chọn vị trí đặt sàn giảm tải mà ta cho là địa chất bất lợi nhất Đồng thời chọn sơ bộ chiều dài cọc và tiết diện cọc cho phù hợp

- Sức kháng đỡ tính toán của các cọc QR có thể tính như sau:

qp (MPa): sức kháng đơn vị mũi cọc

qs (MPa): sức kháng đơn vị thân cọc

As =u.Li.(mm2): diện tích bề mặt thân cọc

u(mm): chu vi thân cọc

Li : Chiều dài các lớp đất mà cọc xuyên qua

Ap: diện tích mũi cọc

qs : hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

qp : hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

Hệ số qs , qp lấy theo bảng dưới đây trong đó v=0,8

, 0

MPa D

D N

 (Điều 10.7.3.4.2a-2)

N: Số đếm SPT đo được (Búa /300mm)

D: Chiều rộng hay đường kính cọc

Db: Chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực(mm)

Zi : Độ sâu hạ mũi cọc (tính từ đáy sàn)

Vậy : Ptt = min{Qr; Pr}

2.2.5 Kiểm tra điều kiện chọc thủng sàn

Để sàn không bị chọc thủng cần đảm bảo các điều kiện sau:

Vr =.Vn  Vu (KN)

Sức kháng cắt danh định phải lấy giá trị nhỏ hơn của:

Vn = Vc + Vs + Vp

a = c.b1 Chiều dày của khối ứng suất tương đương

c Chiều cao vùng chịu nén

Hệ số hình khối ứng suất

S: Cự ly cốt thép đai (mm)

: Hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo

: Góc nghiêng của ứng suất chéo (độ) Cốt đai thẳng đứng

=0o

 : Góc nghiêng của cốt đai đối với trục dọc (độ)

Av: Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự li S ( gồm diện tích cốt thép thường và cốt thép dự ứng lực ) (mm2)

Avmin: Diện tích cốt thép tối thiểu chịu cắt trong cự li S (mm2)

Vp: Thành phần dự ứng lực hữu hiệu theo hướng lực cắt tác dụng là dương nếu ngược chiều lực cắt

Vc: Lực kháng cắt danh định của bê tông

Vs: Lực kháng cắt của cốt thép chịu cắt

2.2.6 Kiểm toán ứng suất đất nền đáy móng khối quy ƣớc (mặt

65,005,0.7

28'f85

d f A V

d b f V

v y v s

v v c c

083 ,

fAfA

c

c 1

' y ' s y



y

v c vmin

f

sbf'0,083

cắt bất lợi nhất)

a Xác định kích thước móng khối quy ước

b Xác định ứng suất tại đáy móng khối quy ước

c Tính toán sức chịu tải của lớp đất dưới khối móng quy ước

Cường độ tính toán của đất nền được xác định theo công thức sau:

R’: Cường độ quy ước của đất (kg/cm2) Phụ thuộc vào hệ số

Phần mềm Plaxis được phát triển từ năm 1987 tại đại học công nghệ Delft-Hà Lan, phần mềm này được xây dựng theo phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề về địa kỹ thuật Hiện nay, phần mềm Plaxis và GeoStudio là hai bộ phần mềm có thể xem như gồm đầy đủ nhất những bài toán Địa kỹ thuật thường gặp trong thực

tế, thân thiện người dùng và được nhiều nước trên thế giới ưa chuộng

là phần mềm hữu hiệu nhất trong công tác tính toán ổn định, biến dạng của nền đất

Bài toán theo phương pháp PTHH tính toán với các bước sau:

- Chia lưới phần tử hữu hạn;

- Chuyển vị tại các nút là các ẩn số;

- Chuyển vị bên trong các phần tử được nội suy từ các chuyển

vị nút;

- Thiết lập mô hình vật liệu (quan hệ ứng suất và biến dạng);

- Thiết lập các điều kiện biên về chuyển vị và lực;

- Giải hệ phương trình tổng thể cân bằng lực, cho kết quả chuyển vị nút;

- Tính toán các đại lượng khác như ứng suất, biến dạng

R 1.2 R 1 K (b 2)     K (h 3)

2.3.2 Nguyên lý tính toán sàn giảm tải

- Sàn giảm tải được kiểm toán với các nội dung sau: Kiểm toán sức chịu tải của cọc, kiểm toán điều kiện chọc thủng sàn và kiểm toán móng khối quy ước (hay kiểm toán biến dạng nền)

- Quy trình áp dụng: 2 nội dung kiểm toán đầu theo quy trình 22TCN 272-05, nội dung kiểm toán còn lại theo quy trình 22TCN 18-79

- Tải trọng tỉnh tải: Gồm trọng lượng bản thân sàn giảm tải, tải trọng kết cấu mặt đường, tải trọng nền đắp Tải trọng này được quy

về tải trọng rải đều

- Hoạt tải: Xe nặng HL93, từ tải trọng trục quy đổi về tải trọng phân bố đều

9,3N/m

m

năng chịu lực của cọc đơn trong nhóm (R2) Tiến hành kiểm toán so sánh nếu (R2)>(R1) là đạt và ngược lại

- Kiểm toán điều kiện chọc thủng: Tiến hành bố trí đường kính cốt thép, mác thép, chọn chiều dày lớp bê tông, mác bê tông Sau đó

tính duyệt mặt cắt về sức kháng cắt bê tông, sức kháng cắt cốt thép

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH BIỆN PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TỔNG TỒN - TL911

HUYỆN CÀNG LONG, TỈNH TRÀ VINH

3.1 PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG LÚN LỆCH NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

3.1.1 Các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch

Theo Briaud và các cộng sự (1997) tóm tắt các nhân tố khác nhau gây ra hiện tượng lún lệch ở nền đường đầu cầu Những nhân tố này được liệt kê theo nhóm và được sắp xếp theo thứ tự mà chúng góp phần vào hiện tượng lún không đều đoạn đường chuyển tiếp: + Sự đầm nén kém của nền đất đắp sau mố

+ Lún của đất nền và đất đắp nền đường

+ Thoát nước kém và xói mòn đất

+ Loại mố cầu

+ Thiết kế bản chuyển tiếp

Hình 3.1 Các nhân tố gây ra hiện tượng lún lệch (Wahls, 1997)