Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý lún lệch giữa đường và mố cầu công trình cầu bốn tổng, cần thơ

Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất xi măng ..... 84 4.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất xi mă

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ CƠNG BÌNH

ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ LƯN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG VÀ MỐ CẦU CƠNG TRÌNH:

CẦU BỐN TỔNG, CẦN THƠ

MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :PGS TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS TS NGUYỄN MINH TÂM

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS TS LÊ BÁ VINH

Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng……năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS TÔ VĂN LẬN

2 PGS TS NGUYỄN MINH TÂM

3 PGS TS LÊ BÁ VINH

4 TS NGUYỄN NGỌC PHÚC

5 TS ĐỖ THANH HẢI

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và trưởng Khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG

- -

Tp HCM, ngày……tháng… năm 2019

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Lê Cơng Bình Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 16/ 05 / 1992 Nơi sinh : TP Cần Thơ

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV : 1770121

Chương 1 : Tổng quan xử lý lún lệch giữa đường và mố cầu trên nền đất yếu

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết xử lý lún lệch giữa đường và mố cầu bằng trụ đất xi măng Chương 3 : Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng thích hợp và cường độ chịu nén

trụ đất xi măng trong phịng thí nghiệm

Chương 4 : Ứng dụng tính tốn cơng trình cụ thể, mơ phỏng bằng phần mềm Plaxis

Dự kiến kết luận và kiến nghị

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Ghi đầy đủ học hàm, học vị ) :

PHÓ GIÁO SƯ – TIẾN SĨ VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

Tp.HCM, Ngày tháng năm 2019

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS VÕ PHÁN PGS TS LÊ BÁ VINH TS LÊ ANH TUẤN

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho học viên gửi đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng lòng biết ơn sâu sắc vì sự tận tình mà quý Thầy Cô đã hướng dẫn và truyền đạt cho học viên những kiến thức quý báu trong các học kỳ vừa qua Học viên xin bày tỏ lòng biết

ơn chân thành

Học viên xin chân thành cám ơn Thầy PGs Ts Võ Phán, người Thầy đã hết lòng

giúp đỡ và hướng dẫn học viên trong thời gian học tập tại trường, Thầy đã hỗ trợ học viên rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu và những lời động viên quý báu trong quá trình học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Học viên xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề, tạo

điều kiện tốt nhất cho học viên học tập và nghiên cứu, luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho học viên nhiều tư liệu quan trọng và cần thiết, giúp học viên giảm bớt rất nhiều khó khăn trong suốt khóa học cao học vừa qua

Học viên xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng Đào

tạo Sau Đại học và bạn bè, gia đình đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học

viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

TP Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2019

Học viên thực hiện

Lê Công Bình

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG VÀ MỐ CẦU CÔNG TRÌNH: CẦU BỐN TỔNG, CẦN THƠ

Trong những năm gần đây, khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung và khu vực Cần Thơ nói riêng, một trong những vấn đề nan giải của mạng lưới giao thông đường

bộ là sự lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất yếu Đặc điểm của đất yếu là có sức chống cắt nhỏ, độ nén lún lớn và hệ số thấm nhỏ Trụ đất xi măng là một trong những giải pháp xử lý hiệu quả và kinh tế đối với vấn đề này Luận văn này trình bày cấu tạo, quan điểm tính toán trụ đất xi măng và vải địa kỹ thuật và qua đó đưa ra phương pháp xử lý lún lệch giữ đường dẫn và mố cầu Ngoài ra, trình bày cơ chế truyền tải của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng Phần tính toán áp dụng thực tế đối với đường dẫn cầu Bốn Tổng, kiểm tra lại bằng việc mô phỏng đường dẫn bằng phần mềm Plaxis 2D

Theo như nghiên cứu, cường độ chịu nén đơn của mẫu đất thí nghiệm đều được cải thiện tốt lên sau khi được xử lý bằng phương pháp trộn xi măng Hầu hết các mẫu đất trộn xi măng đều có cường độ nén đơn tăng theo sự gia tăng của hàm lượng xi măng Tuy nhiên, theo các kết quả thí nghiệm trụ đất xi măng cho ta thấy khi hàm lượng xi măng tăng lên hơn 13% thì tốc độ gia tăng cường độ nén đơn giảm đi rõ rệt

Đối với đất nền tại khu vực thành phố Cần Thơ thì hàm lượng xi măng phù hợp nhất khi xử lý đất yếu là 15% (tương đương 220kg xi măng cho 1m3

đất tự nhiên) với cường độ chịu nén đơn là 975 KN/m2 ở 28 ngày và lớn hơn khoảng 40 - 50 lần so với cường độ chịu nén của đất nguyên dạng

ABSTRACT

APPLICATION OF SOIL CEMENT PILES IN HANDLING SUBSIDENCES IN MIDDLE ROAD AND BRIDGE ABUTMENT:

BON TONG BRIDGE, CAN THO.

In the recent years, in the Mekong Delta general, in Can Tho areas particular, one of the problem of road network is the unequal settlement between the approach roadway and bridge abutment on soft soil Characteristics of the soil are very small shear, compression major subsidence and small permeability Soil cement pile is one of the most effective and economical treatment for this problem This paper presents the structure, perspective calculate soil cement pile and geotextile and thereby provide treatment difference settlement kept approach roadway and abutments In addition, the present transmission mechanism of soft soil reinforcement method soil cement pile The actual calculation applied to the approach roadway Bon Tong bridge, checked by simulation approach roadway using PLAXIS 2D software

According to the study, the single compressive strength of the soil sample was improved after being treated by cement mix Most cement mixes have a higher compressive strength

as the cement content increases However, according to the results of the cement mortar test, it was found that when the cement content increased by more than 13%, the rate of increase of the single compression strength decreased markedly

For land located in Can Tho City, the most suitable cement content for soil treatment is 15% (equivalent to 220 kg of cement for 1m3 of natural soil) with a single compressive strength of 975 KN/m2 at 28 days and is about 40 to 50 times greater than the compressive strength of the whole soil

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu, hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lập với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn thu thập chính xác rõ ràng

Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 2019

Lê Công Bình

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 3

5 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN XỬ LÝ LÖN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG VÀ MỐ CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1 Tổng quan về lún lệch đường dẫn vào cầu 4

1.2 Đánh giá về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu 4

1.3 Một số giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất yếu hiện nay 5

1.4 Giới thiệu chung giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng trụ đất xi măng 5

1.5 Trụ đất xi măng [2] 7

1.5.1 Giới thiệu chung 7

1.5.2 Các kiểu bố trí trụ đất xi măng 8

1.5.3 Công nghệ thi công 9

1.5.4 Trình tự thi công trụ đất xi măng 10

1.5.5 Công tác thí nghiệm trụ đất xi măng 10

1.6 Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng ở nước ta 11

1.7 Các tiêu chí và nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu 13

1.7.1 Các tiêu chí để lựa chọn giải pháp áp dụng cho một công trình cụ thể 13

1.7.2 Nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu 14

1.8 Nhận xét: 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ LÖN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN

VÀ MỐ CẦU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG 16

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng 16

2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ 17 2.1.1.1 Đánh giá ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 1(cường độ) 17

2.1.1.2 Đánh giá ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 2(biến dạng) 17

2.1.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương 17

2.1.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á 18

2.1.3.1 Khả năng chịu tải của trụ đơn [6] 18

2.1.3.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ [6] 19

2.1.4 Tính toán biến dạng 19

2.1.5 Tính toán các thông số trụ đất xi măng 21

2.1.6 Kiểm tra ổn định 22

2.2 Cơ sở lý thuyết về vải địa kỹ thuật: 24

2.3 Cơ sở lý thuyết xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu bằng trụ đất xi măng [6] [7] [9] 25

2.3.1 Độ lún của mố cầu *8+ 25

2.3.2 Độ lún của nền đường đã được gia cố bằng trụ đất xi măng 27

2.3.2.1 Tính toán các thông số trụ đất xi măng 27

2.3.2.2 Ước lượng độ lún S của nền đường dẫn sau khi đã gia cố bằng trụ đất xi măng 29

2.4 Nhận xét 29

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XI MĂNG THÍCH HỢP VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN TRỤ ĐẤT XI MĂNG TRONG PHÕNG THÍ NGHIỆM 30

3.1 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nền 30

3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng 30

3.2.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư [2] [6] 30

3.2.2 Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng, nước làm thí nghiệm 32

3.2.3 Phương pháp thí nghiệm *3+ *11+ 33

3.2.4 Đúc mẫu và dưỡng hộ 35

3.2.5 Trình tự thí nghiệm 36

3.2.6 Tiến hành thí nghiệm nén đơn trục 37

3.2.7 Kết quả thí nghiệm 37

3.3 Nhận xét 43

3.4 Kết luận chương: 43

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CỤ THỂ, MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 44

4.1 Giới thiệu chung 44

4.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 46

4.1.2 Địa tầng và đặc tính cơ lý của các lớp đất của nền đường dẫn 47

4.1.3 Đặc điểm địa chất động lực 51

4.1.4 Đặc điểm thủy văn, địa chất thủy văn 51

4.2 Xác định độ lún của mố cầu [9] 51

4.2.1 Số liệu tính toán 51

4.2.2 Độ lún mố cầu*9+ 53

4.3 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất xi măng 55

4.3.1 Số liệu tính toán 55 4.3.2 Tính toán thiết kế trụ đất xi măng cho đoạn 1 giáp mố cầu (sử dụng

“Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á”) 56

4.3.2.1 Ước lượng độ lún của nền đường dẫn khi được gia cố hệ trụ đất xi

măng 57

4.3.2.2 Tính toán thiết kế phương án trụ đất xi măng 58

4.3.2.3 Tính toán sức chịu tải 63

4.3.2.4 Tính toán độ lún tổng cộng của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng 64

4.3.3 Tính toán thiết kế trụ đất xi măng cho đoạn 2 ( sử dụng “Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á”) 66

4.3.3.1 Ước lượng độ lún của nền đường dẫn khi được gia cố hệ trụ đất xi măng 66

4.3.3.2 Tính toán thiết kế phương án trụ xi măng đất 68

4.3.3.3 Tính toán sức chịu tải 71

4.3.3.4 Tính toán độ lún tổng cộng của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng 72

4.3.4 Tính toán thiết kế trụ đất xi măng cho đoạn 3 ( sử dụng “Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á”) 74

4.3.4.1 Ước lượng độ lún của nền đường dẫn khi được gia cố hệ trụ đất xi măng 75

4.3.4.2 Tính toán thiết kế phương án trụ đất xi măng 76

4.3.4.3 Tính toán sức chịu tải 80

4.3.4.4 Tính toán độ lún tổng cộng của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng 81

4.3.5 Tính toán lựa chọn vải địa kỹ thuật gia cường cho cả đoạn đường dẫn 83

4.3.6 Kiểm tra ổn định 84

4.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất xi măng theo phương pháp phần tử hữu hạn 85

4.4.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 85

4.4.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn *11+ 85

4.4.3 Mô hình phần tử hữu hạn *12+ 86

4.5 Nhận xét 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

KẾT LUẬN 94 KIẾN NGHỊ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC

Hình 2.5: Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu được xử lý bằng trụ đất xi măng 22 Hình 2.6: Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp 23

Hình 2.8: Các phương pháp bố trí trụ đất xi măng nền đường dẫn 27

Hình 3.5: Mẫu xi măng đất đặt trên bàn nén khi đã được gia công 34

Hình 3.7: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với các tỷ lệ ximăng/đất

ở độ tuổi 7 ngày 38 Hình 3.11: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ ximăng/đất

Hình 3.12: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ ximăng/đất

BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất ở trạng thái tự nhiên làm thí nghiệm 29 Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng 29 Bảng 3.3 Các chỉ tiêu của nước theo TCXDVN302: 2004 30 Bảng 3.4 Chuẩn bị mẫu đất trộn và xi măng theo hàm lượng ở tuổi 7,14 và 28 ngày 31 Bảng 3.5 : Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng với hàm lượng % 35 Bảng 3.6: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M1, M2, M7, M8, M13, M14, M19,

Bảng 3.7: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M3, M4, M9, M10, M15, M16, M21,

Bảng 3.8: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M5, M6, M11, M12, M17, M18, M23,

Bảng 4.1 Thí nghiệm 35 mẫu đất trong lớp 2, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 44 Bảng 4.2 Thí nghiệm 21 mẫu đất trong lớp 3, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 45 Bảng 4.3 Thí nghiệm 16 mẫu đất trong lớp 4, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 46 Bảng 4.4 Thí nghiệm 09 mẫu đất trong lớp 5, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 47 Bảng 4.5 Thí nghiệm 25 mẫu đất trong lớp 6, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 47 Bảng 4.6 Tính toán độ lún của mố cầu theo tổng phân tố 51 Bảng 4.7: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 55 Bảng 4.8 Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố 62 Bảng 4.9: Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố 71 Bảng 4.10: Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố 79 Bảng 4.11: Kiểm tra hệ số an toàn tương ứng với các mặt trượt 81 Bảng 4.12: Các thông số vật liệu của mô hình Plaxis 83 Bảng 4.13: Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị đứng của hai trường hợp 88 Bảng 4.14: Độ chênh lệch lún của đoạn 1 đường dẫn theo giải tích và mô phỏng 88 Bảng 4.15: Sự thay đổi của độ lún nền đường dẫn khi chiều dài, đường kính, khoảng cách

Bảng 4.16: Bảng tổng hợp phân đoạn trụ đất xi măng trong tính toán đường dẫn vào cầu

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ult

Q (kN) : sức chịu tải giới hạn của trụ đất xi măng

[M] (kNm) : Moment giới hạn của trụ đất xi măng

[S] (cm) : độ lún giới hạn cho phép

S i (cm) : độ lún tổng cộng của móng trụ

as (cm2) :Diện tích tương đối của trụ đất xi măng

Ecol (kN/m2) : Mô đun đàn hồi của trụ đất xi măng

Ccol (kN/m2) : Lực dính của trụ đất xi măng

υcol độ : Góc nội ma sát của trụ đất xi măng

Acol (m2) : Diện tích của trụ đất xi măng

Esoil (kN/m2) : Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh trụ đất xi măng

Csoil (kN/m2) : Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh trụ đất xi măng

υsoil (độ) : Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh trụ đất xi măng

Asoil (m2) : Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh trụ đất xi măng

Etđ (kN/m2) : Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố

Ctđ (kN/m2) : Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố

υtđ (độ) : Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố

E50 (kN/m2) : Mô đun biến dạng

Cu.soil (kN/m2) : độ bền chống cắt không thoát nước

B, L, H (m) : chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm trụ đất

Qp kN : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm trụ

ffs : hệ số riêng phần đối với trọng lƣợng đất

fq : hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài

Ltb (m) : độ sâu hạ trụ trong đất kể từ đáy đài

Q (kg) : khối lƣợng đất ở trạng thái tự nhiên

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

- Hiện nay, đối với khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung , khu vực

TP Cần Thơ nói riêng cùng với sự phát triển mang tính tất yếu của đất nước, ngành xây dựng ngày càng giữ vai trò thiết yếu trong chiến lược xây dựng đất nước Vốn đầu tư xây dựng xây dựng cơ bản chiếm rất lớn trong ngân sách nhà nước (40-50%), kể cả đầu tư nước ngoài thì các công trình xây dựng tăng cả về quy mô, số lượng và chất lượng Tuy nhiên, đất nền ở khu vực này chủ yếu là đất yếu có sức chịu tải thấp và độ lún lớn nên nhu cầu cấp thiết được đặt ra hiện nay là gia cố nền đất dưới công trình nhằm tăng sức chịu tải và giảm độ lún của công trình, đặc biệt là cho các nền kho chứa, đường dẫn vào cầu, sân bay, Công trình được xây trên nền đất yếu ở khu vực này, việc ước lượng độ lún theo thời gian đóng vai trò rất quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng và nâng cao tuổi thọ của công trình

- Đối với riêng mảng xây dựng cầu đường, công trình sau thời gian thi công

và đưa vào sử dụng , do quá trình cố kết thấm, công trình bị lún theo thời gian và bị biến dạng gây ra hậu quả nghiêm trọng trong quá trình sử dụng Trong đa số các trường hợp, độ lún không đồng đều trong phạm vị cục bộ giữa đường và mố cầu có thể dẫn đến phá hoại điều kiện làm việc của công trình

- Đối với đất yếu, có nhiều biện pháp để gia cố nền đất yếu nhằm làm sự lún lệch giữa đường và mố cầu không chênh lệch quá mức cho phép ở đường dẫn vào cầu như : phương pháp trụ đất trộn xi măng kết hợp trãi vải địa kỹ thuật, phương pháp gia tải trước kết hợp sử dụng trụ cát và bấc thấm, phương pháp dùng sàn giảm tải, phương pháp cống hộp Đây là một số biện pháp phát huy được nhiều ưu điểm, phù hợp với điều kiện đất yếu thực tế ở khu vực Cần Thơ đem lại hiệu quả kinh tế cao

- Với mục đích đề ra phương pháp xử lý vấn đề lún lệch giữa đường và mố

cầu, tác giả lựa chọn đề tài: “Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý lún lệch giữa đường và mố cầu công trình: Cầu Bốn Tổng, Cần Thơ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu giải pháp dùng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật để xử lý lún lệch của nền đất yếu giữa đường và mố cầu

- Trong quá trình thí nghiệm, xác định được hàm lượng xi măng cần thiết kết hợp với đất yếu đạt cường độ và sức chống cắt tốt nhất, từ đó ứng dụng cho việc xử

lý, gia tăng ổn định cho nền đất yếu của công trình cụ thể

- Tính toán khả năng chịu tải của đất nền khi thay đổi khoảng cách trụ đất xi măng, nhằm xác định khoảng cách trụ tối ưu

- Ứng dụng tính toán, mô phỏng bằng phần mềm Plaxis có sử dụng phương pháp gia cố nền đường dẫn bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật cho công trình cụ thể

3 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Sự phân bố lại ứng suất của nền đường dẫn vào cầu khi được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật Phân tích những yếu

tố ảnh hưởng đến độ lún lệch của nền đường dẫn đã được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật từ đó đưa ra được các lựa chọn thích hợp để thiết kế

và ước lượng độ lún của nền đường dẫn

- Nghiên cứu thực nghiệm: Chế bị mẫu thử và thử nghiệm tìm ra kết quả tối

ưu hàm lượng đất – xi măng theo độ ẩm và thời gian Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm đồng thời ứng dụng kết quả vào tính toán sức chịu tải của trụ đất xi măng và độ lún nền đường dẫn thực tế ở địa phương

- Nghiên cứu mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Plaxis 2D theo mô hình Morh-Coulomb để mô phỏng tính toán công trình cụ thể

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

- Công nghệ trụ đất xi măng kết hợp vãi địa kỹ thuật ứng dụng trong việc gia

cố nền đường dẫn đã giải quyết vấn đề chống lún cục bộ, lún không đều cho nền đường dẫn

- Nghiên cứu này sử dụng như một tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư thiết

kế và chủ đầu tư trong việc tính toán lựa chọn phương án xử lý nền đất yếu tại khu vực Cần Thơ, đồng thời công nghệ thi công đơn giản, an toàn, tiết kiệm và mang lại hiệu quả kinh tế cao

5 Hạn chế của đề tài

- Phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu đến trường hợp tải trọng tĩnh, chưa tính đến trường hợp động đất và các yếu tố chất lượng của trụ đất xi măng, vải địa kỹ thuật

- Thí nghiệm trộn đất – xi măng chỉ giới hạn ở một độ ẩm nhất định

- Thời gian nghiên cứu đề tài còn ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm của bản thân còn nhiều hạn chế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN XỬ LÝ LÖN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG VÀ MỐ CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

1.1 Tổng quan về lún lệch đường dẫn vào cầu

Nền đất đắp là một trong những loại công trình phổ biến mà chúng ta thường gặp Trong công cuộc xây dựng và phát triển kinh tế xã hội của nước ta hiện nay, khối lượng các công trình xây dựng trên nền đất yếu đã gia tăng một cách đáng kể trong phạm vi cả nước nói chung và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói riêng Các vấn đề liên quan tới ổn định, biến dạng của nền đắp trên nền đất yếu là những điều cần được quan tâm trước tiên Do những thiếu sót của công tác khảo sát, thiết

kế hoặc thi công dẫn tới nền đường thường xuyên bị hư hỏng ngay trong giai đoạn thi công và sau khi xây dựng công trình hoặc đã đưa nó vào sử dụng Hiện nay hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu gần như xuất hiện ở tất cả các công trình cầu trên nền đầt yếu trên phạm vi cả nước, việc xử lý hậu quả do những hư hỏng vì nền đắp

bị mất biến dạng không kiểm soát được thường rất phức tạp và tốn kém, chưa kể những hư hỏng này đôi khi còn gây ra những hậu quả ngoài mong muốn

1.2 Đánh giá về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu

- Đối với khu vực đồng bằng Sông Cửu Long tính tới nay đã xây dựng hàng nghìn cây cầu phục vụ nhu cầu qua lại của người dân trong vùng và phát triển kinh

tế trong khu vực Gần như toàn bộ công trình cầu xây dựng trong khu vực này là xây dựng trên nền đất yếu Đặc điểm của nền yếu là khả năng chịu tải của đất nền thấp, biến dạng lớn và kéo dài, độ thấm nước tương đối nhỏ, độ nén lún lớn

- Theo thống kê năm 2005 của Sở Giao Thông Công Chính thành phố Hồ Chí Minh có tổng số 61 cầu bị lún ngay ở vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu với

mố Các cầu thường xuyên phải duy tu đắp bù lún hằng năm như cầu Phú Xuân thuộc địa bàn Quận 7, cầu Đỏ thuộc Quận Bình Thạnh, cầu Bình Triệu 2, Quận Bình Thạnh, cầu Đinh Bộ Lĩnh hằng năm phải đắp bù lún hằng 5†7cm Đặc biệt cầu Văn Thánh 2 thì liên tục phải bù lún, mỗi lần lên tới cả vài chục centimet

- Hiện tượng lún lệch nền đường dẫn đầu cầu có thể do một số nguyên nhân cơ bản sau đây :

+ Do tài liệu khảo sát địa chất công trình không chính xác

+ Do nhà thầu tư vấn

+ Do nhà thầu thi công

1.3 Một số giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất yếu hiện nay

- Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vãi địa kỹ thuật

- Giếng cát gia tải trước

- Bấc thấm

- Trụ đất trộn xi măng hoặc vôi

- Sàn giảm tải BTCT trên hệ trụ BTCT

- Trụ BTCT kết hợp vãi địa kỹ thuật

- Trụ đất xi măng kết hợp vãi địa kỹ thuật (phương pháp được tác giả nghiên cứu trong luận văn này)

Qua nghiên cứu các giải pháp gia cố nền như đã nêu, so sánh từng giải pháp cho thấy, mục đích gia cố nền đạt yêu cầu cao về kỹ thuật cũng như ảnh hưởng đối với khu dân cư, khu đô thị, giải pháp thay đất luôn được ưu tiên hàng đầu Tuy nhiên cần phải lưu ý rằng, giải pháp thay đất luôn đòi hỏi phải có lộ giới rộng, thời gian thi công phụ thuộc vào thiết bị và vật tư, với địa hình như Đồng bằng Sông Cửu Long như hiện nay các loại vật tư sử dụng trong phương pháp thay đất rất khó khăn Do đó cần phải có những nghiên cứu so sánh cụ thể giữa các ưu nhược điểm

và tiêu chí đặt ra để lựa chọn giải pháp cho phù hợp

1.4 Giới thiệu chung giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng trụ đất xi măng

- Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng xi măng hoặc chất liên kết vô

cơ tương tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất không gia

cố Phương pháp hình thành trụ đất trộn với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều đất với vật liệu kết dính

- Quá trình ninh kết hỗn hợp đất – xi măng sẽ phát sinh nhiệt, một phần nước xung quanh sẽ bị hút vào quá trình thuỷ hoá, một phần nước khác sẽ bị bóc hơi do nhiệt Hiện tượng này làm cho đất xung quanh trụ tăng độ bền hơn trước Trụ đất trộn xi măng là loại trụ mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự nhiên Tuy nhiên hỗn hợp đất – xi măng sẽ đạt tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối

ưu của chất ninh kết Cho nên phải được thí nghiệm thật kỹ để xác định hàm lượng tối ưu đó và hướng dẫn cụ thể khi tiến hành thi công tại hiện trường Tham khảo nhiều kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng các loại trụ đất trộn xi măng

có thể áp dụng trong các vùng đất bùn yếu, có hệ số thấm bé không áp dụng được các loại trụ vật liệu rời [1]

- Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu trụ giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống trụ và ổn định trượt cho mái taluy Trụ đất xi măng truyền tất cả tải trọng xuống tầng đất chịu lực Phương pháp này giảm lún cho nền đường và giảm sự lún lệch giữa các trụ, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể

Ưu điểm:

- Rút ngắn thời gian lún cố kết và làm giảm độ lún trong quá trình sử dụng;

- Cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình

- Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún lệch giữa các trụ được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định tổng thể

Nhược điểm:

- Phải thực hiện thí nghiệm nhiều lần để tìm ra hàm lượng chất ninh kết tối ưu cho từng khu vực có địa chất thay đổi

- Chi phí cho giá thành hơi cao;

- Thi công phức tạp, đòi hỏi phải có máy móc đạt yêu cầu và công nhân kỹ thuật có kinh nghiệm hoặc được đào tạo chuyên môn

- Khó kiểm tra chất lượng trụ sau khi thi công

Phạm vi áp dụng :

- Chống trượt mái dốc, sườn dốc, nền đường đắp cao, nền nhà công nghiệp

- Ổn định nền đắp cao trên địa tầng yếu, hệ số thấm nhỏ

1.5 Trụ đất xi măng [2]

1.5.1 Giới thiệu chung

Phương pháp trộn xi măng với đất nền dưới sâu gọi là phương pháp trụ đất xi măng hay trụ đất xi măng, đã được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng để cải tạo đất yếu khi xây dựng công trình

Trụ đất xi măng là một trong những phương pháp làm tăng nhanh chóng sức chống cắt của đất bằng cách dùng các lọai máy chuyên dụng khoan sâu vào trong đất nền đất yếu Sản phẩm trụ đất xi măng có tính thấm và tính nén lún thấp hơn so với đất nền xung quanh Phương pháp dung trụ đất xi măng nhằm một số mục đích: Tăng cường khả năng chống biến dạng của nền đất:

- Giảm độ lún và độ lún lệch

- Giảm biến dạng ngang

- Rút ngắn thời gian lún, rút ngắn thời gian xây dựng công trình

- Giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất sét yếu

Tăng cường sức chống cắt của đất nền để:

- Tăng cường khả năng ổn định của đường, đê, đập…

- Tăng cường khả năng chịu tải của nền

- Giảm bớt áp lực đất chủ động lên tường chắn

- Ngăn ngừa sự hóa lỏng của đất

Rút ngắn thời gian đông cứng nền đất để:

- Giảm bớt chấn động gây ra do các dòng xe ô tô, xe lửa hoạt động trên các tuyến đường cao tốc, đường ray

- Giảm bớt chấn động cho các vùng đất xung quanh khu vực xây dựng

Phạm vi ứng dụng:

Khi xây dựng các công trình dân dụng, nền đường, đường dẫn vào cầu trền nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như vùng Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng và một số tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long

So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ trụ đất xi măng có ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp

Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc trụ và đạt đủ cường độ (dự án Sunrise) Tốc độ thi công trụ rất nhanh

Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án trụ đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay

Thích hợp cho công tác xử lý nền công trình, nền đường, đường dẫn các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển

Tiêu chuẩn thiết kế

Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu trụ đất xi măng là TCVN 9403:2012 Gia cố nền đất yếu - Phương pháp trụ đất xi măng [11], và TCVN 9906:2014 Công trình thủy lợi - Trụ đất xi măng thi công theo phương pháp Jet-Grouting - Yêu cầu thiết kế thi công và nghiệm thu cho xử lý nền đất yếu [17] Tiêu chuẩn của nước ngoài thì có Shanghai-Standard ground treatment code DBJ08-40-94 (Tuy nhiên trong các tài liệu tính tóan này chỉ chủ yếu đề cập đến vấn

đề lực thẳng đứng là chính mà chưa thấy đề cập đến vấn đề thiết kế khi công trình chịu tải trọng ngang.)

1.5.2 Các kiểu bố trí trụ đất xi măng

Tùy theo mục đích sử dụng có thể bố trí trụ theo các mô hình khác nhau Để giảm độ lún bố trí trụ đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông để làm tường chắn

thường bố trí thành dãy

Hình 1.1: Bố trí trụ trùng nhau theo khối

Kiểu tường Kiểu kẻ ô Kiểu khối Kiểu diện

Hình 1.2: Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất

1 Dãy 2 Nhóm 3 Lưới tam giác 4 Lưới ô vuông

Hình 1.3: Bố trí trụ trộn khô

Ở đề tài này, tác giả bố trí trụ đất xi măng theo nhóm trụ lưới ô vuông

1.5.3 Công nghệ thi công

Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…) khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thông thường là xi măng hoặc vôi, thạch cao… đôi khi có thêm chất phụ gia và cát) Phương pháp xử lý bằng trụ đất - xi măng khá đơn giản: bao gồm một máy khoan với hệ thống lưỡi có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế và các xi lô chứa xi măng

có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm2 Trong quá trình khoan lưỡi được

thiết kế để trộn đất và xi măng, xi măng khô được phun định lượng liên tục và trộn đều tạo thành những trụ đất xi măng đường kính khác nhau

Hiện nay ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công trụ đất xi măng là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-grouting) là công nghệ của Nhật Bản

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting: đầu tiên là công nghệ S (công nghệ đơn pha), tiếp theo là công nghệ D (công nghệ hai pha), và gần đây là công nghệ T (công nghệ ba pha)

+ Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cột ximăng đất có đường kính vừa và nhỏ 0,4 – 0,8m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, trụ

+ Công nghệ hai pha D: Công nghệ hai pha tạo ra các cột ximăng đất có đường kính từ 0,8 – 1,2m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, trụ và hào chống thấm

+ Công nghệ ba pha T: Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất Công nghệ T sử dụng để làm các trụ , các tường ngăn chống thấm, có thể tạo ra cột Soilcrete đường kính đến 3m

1.5.4 Trình tự thi công trụ đất xi măng

Thi công cải tạo nền đất yếu bằng trụ đất xi măng có thể theo các bước sau:

- Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế

- Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố

- Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ

- Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới

1.5.5 Công tác thí nghiệm trụ đất xi măng

Để thiết kế trụ đất xi măng ngoài những thí nghiệm khoan khảo sát hiện trường nên có một số thí nghiệm kèm theo (trình bày chi tiết hơn ở chương 3)

1.6 Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng ở nước ta

Ở nước ta, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m trụ đất xi măng có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ Năm

2004 trụ đất xi măng được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện

Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), các

dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m Tháng

5 năm 2004,các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng công nghệ Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các trụ nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng trụ đất xi măng như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn (Hải Phòng), dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu

Hình 1.4: Trụ đất xi măng dùng trong dự án đường sân bay Cần Thơ

Hình 1.5: Trụ đất xi măng ứng dụng dưới bồn chứa xăng dầu Cần Thơ

Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của trụ đơn và nhóm trụ, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của xi măng - đất, nhằm ứng dụng trụ đất xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)

Tại thành phố Đà Nẵng, trụ đất xi măng được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm trụ thay trụ nhồi

Tại Tp Hồ Chí Minh, trụ đất xi măng được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang

đề xuất sử dụng trụ đất xi măng để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn trụ đất xi măng xử lý đất yếu

Tại Quảng Ninh, công trình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt, địa chất công trình phức tạp gặp đá mồ côi ở tầng địa chất cách cao

độ mặt đất 11 - 12m, đất đồi cứng khó khoan tiến độ công trình đòi hỏi gấp, lúc cao điểm lên đến 6 máy khoan

Tại Hà Nội hầm đường bộ kim liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu

là khu vực đường đào duy anh chính vì vậy nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày 1,5 –6m Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt khi đào sâu xuống độ sâu > 10m và cũng không phải gia cố lại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực (nơi có gia cố nơi không) Việc gia cố ít nhiều có ảnh hưởng đến độ lún các đốt hầm Đường láng hòa lạc nối liền thủ đô Hà Nội đến khu công nghệ cao hòa lạc, đi qua nhiều sông ngòi và có nhiều giao cắt với đường bộ-đường sắt, dọc theo con đường này có nhiều hạng mục công trình trong quá trình thi công đã dùng trụ đất xi măng để xử lý nền đất yếu, chống lún, chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường hầm

1.7 Các tiêu chí và nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu

1.7.1 Các tiêu chí để lựa chọn giải pháp áp dụng cho một công trình cụ thể

Điều kiện về vật liệu, thiết bị, tay nghề có khả năng thực hiện tại chỗ: Ngoài có các thiết bị chuyên dùng (như thiết bị thi công bấc thấm, giếng cát, khoan và phun trộn đất gia cố xi măng, vôi, ) còn phải chú trọng khả năng cung cấp vật liệu như cát, nước (trong công nghệ cột đất xi măng bằng trộn ướt) hoặc vật liệu nhẹ như: polystyrene nở, lốp ô tô phế thải hay vải, lưới địa kỹ thuật cùng với điều kiện vận chuyển chúng đến công trường

Quá trình thi công có tác động đến môi trường xung quanh cần phải xét đến: + Điều kiện về giải phóng mặt bằng: khi áp dụng giải pháp đắp bệ phản áp; + Trong giải pháp thay đất cần xác định chỗ đổ đất thải;

+ Điều kiện giao thông địa phương qua lại dưới hoặc trên công trình nền đắp; + Khả năng gây chấn động, bụi trong quá trình thi công gần khu dân cư xung quanh;

+ Trong quá trình thi công phải xét đến yếu tố ảnh hưởng đến nguồn nước, khả năng bảo vệ nguồn nước ngầm khi chọn giải pháp trụ đất xi măng phun trộn ướt; Thời hạn thi công tối đa: thông thường thời hạn thi công hạng mục nền đắp trên đất yếu chính là nằm trên đường găng của sơ đồ tổ chức thi công chung toàn bộ

công trình Do vậy phải dựa trên cơ sở của một bản thiết kế tổ chức thi công tốt để xác định đúng thời hạn thi công hạng mục nền đắp trên đất yếu càng tốt Trong đó

có xét thời gian chờ (chờ giữa các đợt đắp, chờ cố kết,…) và cả những yếu tố bất trắc do khả năng dự báo trước kém chính xác Đối với các giải pháp xây dựng nền đắp trên đất yếu nên tận dụng khởi công sớm nhất có thể

Các yêu cầu phục vụ cho việc khai khác sử dụng công trình lâu dài:

+ Đảm bảo nền đắp ổn định và có độ lún trong phạm vi cho phép;

1.7.2 Nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu

- 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) Việc tính toán đánh giá phải được tiến hành riêng đối với từng đoạn có kích thước nền đắp và có các điều kiện cấu tạo tầng lớp đất yếu cũng như đặc trưng

kỹ thuật các đất yếu khác nhau Nếu kết quả tính toán cho thấy không đảm bảo được các yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế thì mới đề xuất các phương pháp xử lý cho mỗi đoạn đó 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), hoặc có thể đưa ra các phương án kết hợp đồng thời một số giải pháp hoặc giải pháp kéo dài cầu dẫn qua vùng đất yếu, tiếp đó là các giải pháp xử lý nông rồi mới xét đến các giải pháp xử lý sâu) Khi phân tích nên xét đến cả ảnh hưởng gây lún của nền đắp đối với các công trình hiện hữu

- Căn cứ vào các tiêu chí nêu trên tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương án có tổng chi phí xây dựng, khai thác có hiệu quả hơn và đáp ứng mọi yêu cầu, mục tiêu của dự án xây dựng công trình

1.8 Nhận xét:

- Từ các nội dung đã nêu trong chương, cho thấy có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam, Khi áp dụng mỗi phương pháp xử lý cần phải phù hợp với điều kiện tự nhiên, địa chất, thổ nhưỡng và các yếu tố thuỷ văn, thuỷ lực tại nơi xây dựng công trình, hiện nay một số giải pháp được kiến nghị xử lý lún cho nền đường mục đích để tăng khả năng chịu tải cho nền đường, giảm thời gian

cố kết, giảm độ lún công trình trong quá trình sử dụng, tăng độ bền cho lớp đất yếu

từ đó dẫn đến tăng cường khả năng chịu lực, kéo dài tuổi thọ cho công trình, mỗi biện pháp xử lý đều có ưu nhược điểm riêng và chỉ được áp dụng đối với một số điều kiện địa chất, điều kiện thi công công trình, cũng như thời gian thi công nhất định

- Phương pháp gia cố nền bằng trụ đất xi măng với mục đích cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình mà không làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận, tốc

độ thi công nhanh so với các phương pháp xử lý khác, có thể áp dụng khi vận chuyển máy móc thiết bị khoan phụt và vật tư xi măng bằng đường sông, tạo điều kiện thuận tiện cho việc triển khai nhanh song song với công tác triển khai thi công đường và trong khi chưa có đường thi công đến công trình, trong quá trình thi công cũng có thể thay đổi độ sâu, đường kính trụ theo yêu cầu tại thực tế công trình; Thực tế với các nền đường đắp cao trên nền đất yếu, công trình yêu cầu thời gian thi công ngắn, độ lún còn lại nhỏ, yêu cầu đất nền cố kết nhanh, tiết kiệm vật liệu đắp khi vật liệu này khan hiếm nên tác giả kiến nghị sử dụng giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng đất để xử lý nền đắp trên đất yếu tại các đoạn đường dẫn vào cầu

- Trụ đất xi măng với nhiều ưu điểm đã được nêu ta chọn trụ đất xi măng để xử

lý độ lún lệch giữa nền đất yếu đường dẫn vào cầu và mố cầu bố trí theo nhóm trụ lưới ô vuông, đường kính trụ đất xi măng D = 0.6m và khoảng cách trụ từ 1-2m

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ LÖN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀ MỐ CẦU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng

Hiện nay có 3 quan điểm tính toán trụ đất xi măng:

- Quan điểm xem trụ đất xi măng làm việc như trụ

- Quan điểm xem các trụ và đất làm việc đồng thời

- Một số các nhà khoa học lại đề nghị tính tóan theo cả 2 phương thức trên nghĩa

là sức chịu tải thì tính toán như "trụ" còn biến dạng thì tính toán theo “nền”

Sở dĩ các quan điểm trên chưa thống nhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm còn hạn chế Có người đề xuất cách tính toán như sau:

+ Tính sức chịu tải của một trụ như trụ cứng

+ Tính số cột cần thiết (Căn cứ lực tác dụng, khả năng chịu tải của đất móng giữa các cột)

+ Tùy thuộc tỷ lệ diện tích thay thế giữa cột và đất để tính toán tiếp

- Nếu tỷ lệ này >20% thi coi khối đất và cột là một khối và tính toán như một khối móng quy ước

- Ngược lại thì tính toán như móng trụ

Với mỗi quan điểm tính có phương pháp tính khác nhau Ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã phát triển một số phương pháp tính toán trụ đất xi măng như: tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất xi măng Việt Nam; tính toán theo tiêu chuẩn gia

cố trụ đất - vôi - xi măng Châu Âu; phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ; tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất – xi măng Thượng Hải – Trung Quốc; phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện kỹ thuật Châu Á [5]

Ở luận văn này tác giả xin đơn cử một số quan điểm tính toán trụ đất xi măng sau:

2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ

2.1.1.1 Đánh giá ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 1(cường độ)

- Để móng trụ đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau :

+ Nội lực lớn nhất trong 1 trụ

Fs

Q

+ Moment lớn nhất trong 1 trụ Mmax  M của vật liệu làm trụ (2.2)

Trong đó :

ult

Q : sức chịu tải giới hạn của trụ đất xi măng

)35

.3

2.1.1.2 Đánh giá ổn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 2(biến dạng)

Theo điều kiện tính toán này đảm bảo cho móng trụ không phát sinh biến dạng

2.1.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương

Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ υtđ, Ctđ, Etđ được nâng cao Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích trụ đất xi măng thay thế trên diện tích đất nền

υtđ = asυcol + (1 - as)υsoil (2.7)

Ctđ = asCcol + (1 - as)Csoil (2.8)

Etđ = asEcol + (1 - as)Esoil (2.9) Trong đó: as:Diện tích tương đối của trụ đất xi măng (tỉ lệ bố trí cột đất xi măng)

Ecol, Ccol, υcol : Mô đun đàn hồi, lực dính, góc nội ma sát và diện tích của trụ xi măng

Esoil, Csoil, υsoil : Mô đun đàn hồi, lực dính, góc nội ma sát và diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh trụ đất xi măng

Etđ, Ctđ, υtđ : Mô đun đàn hồi, lực dính, góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố

Từ kết quả thí nghiệm nén đơn mẫu đất trộn ximăng trong phòng ta có công thức quy đổi: [8]

2.1.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á

2.1.3.1 Khả năng chịu tải của trụ đơn [6]

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn của trụ đơn trong đất sét yếu được quyết định bởi sức kháng của đất sét yếu bao quanh (đất phá hoại) hay sức kháng cắt của vật liệu trụ (trụ phá hoại), theo tài liệu của D.T.Bergado:

Qult.soil = (πdLcol + 2.25πd2) Cu.soil (2.13)

Trong đó:

d: đường kính trụ

Lcol: chiều dài trụ

Cu.soil: độ bền chống cắt không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh, được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm xuyên côn

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày do trụ bị phá hoại ở độ sâu z, theo Bergado:

Qult.col = Acol (3.5Cu.col + Kbσh) (2.14) Trong đó:

Kb: hệ số áp lực bị động; Kb = 3 khi ϕult.col = 30o

2.1.3.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ [6]

Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ đất xi măng được tính theo công thức:

Qult.group = 2Cu.col.H (B + L) + k.Cu.soil.B.L (2.15) Trong đó:

B, L, H – chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm trụ xi măng – đất

Trường hợp A: tải trọng tác dụng tương đối nhỏ và trụ chưa bị rão

Trường hợp B: tải trọng tương đối cao và tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão của trụ

a

q h h

)1(

Độ lún của lớp đất yếu bên dưới đáy khối gia cố được tính toán theo phương pháp cộng lớp phân tố với công thức sau: (trường hợp tổng quát)

p i r i o

i

C C

e

h h

1

'

' '

' '

) 1

eoi - hệ số rỗng của lớp đất I ở trạng thái tự nhiên ban đầu

Cri - chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải

Cci - chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún

σ‟vo - ứng suất nén thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i

Δσ‟v - gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ‟p - ứng suất tiền cố kết

Tỷ số giảm lún β là tỷ số giữa độ lún tổng cộng ở dưới đáy khối đã được gia cố với độ lún khi không có trụ đất xi măng và được tính theo quan hệ sau:

soil soil

soil

E a aE

E

)1

Trong trường hợp này, tải trọng tác dụng quá lớn nên tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão Tải trọng tác dụng được chia ra làm 2 phần, phần q1 truyền cho trụ và q2 truyền cho đất xung quanh Phần q1 được quyết định bởi tải trọng rão của trụ và tính theo biểu thức:

L B

A n

q col creep

2.1.5 Tính toán các thông số trụ đất xi măng

Chiều dài, đường kính cũng như mật độ trụ gia cố được xác định theo điều kiện sức chịu tải và điều kiện biến dạng lún của hệ trụ các tiêu chuẩn về khống chế biến dạng lún của công trình trong giới hạn cho phép sao cho khi được xử lý hệ kết cấu làm việc đảm bảo các tiêu chuẩn cho phép theo quy định hiện hành đối với móng,

Trong đó: Qp: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cột

ffs: 1.3 hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất

fq: 1.3 hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài H: chiều cao nền đắp (m); q: ngoại tải tác dụng (kN/m2

) γ: dung trọng đất đắp (kN/m3)

2.1.6 Kiểm tra ổn định

Trong thực tế tính toán, ta chia khối trượt (bằng các mặt thẳng đứng, song song với nhau) thành nhiều mảnh rồi tiến hành xét cân bằng Hai phương pháp được dùng phổ biến cho tới nay là:

- Phương pháp Fellenius với giả thiết là tổng các lực tương tác bằng không trên trục vuông góc với đường bán kính

- Phương pháp Bishop (đơn giản) với giả thiết là tổng các lực tương tác bằng không trên trục nằm ngang

Các tính toán cho thấy là: trong cùng điều kiện, hệ số an về ổn định Fs tính toán theo Bishop (đơn giản) luôn lớn hơn Fs tính toán theo Fellenius khoảng 8-10% Trong các tiêu chuẩn thiết kế, có thể cho phép, khi đánh giá ổn định mái đất, dùng cả hai phương pháp và yêu cầu [Fs] lấy bằng 1.2 khi tính toán theo Fellenius và lấy bằng 1.4 khi tính toán theo Bishop (simplified) Ngoài ra còn có các phưong pháp như Janbu, Spencer, Morgenstern-Price, GLE, Lowe- Karafiath, Sarma Hiện có sẵn những phần mềm tốt để tính toán theo các phương pháp này như GeoSlope, Sted

Phương pháp lát cắt của Bishop hiện đang được sử dụng rộng rãi trong tính toán

ổn định mái dốc theo cung trượt tròn

Theo Bishop hệ số an toàn chống trượt được tính thử dần từ hệ phương trình cân bằng moment và lực đứng của các lát cắt Việc phân tích lực tác dụng lên mảnh phân tố có phức tạp hơn vì có xét đến tác dụng qua lại giữa các mảnh và quan tâm đến áp lực nước lỗ rổng

Hệ số an toàn tương ứng với từng mặt trượt được xác định như sau:

u s av av e e

x W

c l l

l R

cu – lực dính của trụ xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố

Δl – chiều dài cung trượt tương ứng

wi – trọng lượng của mảnh thứ i

xi – cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay