Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu bình thủy 2, thành phố cần thơ

---o0o--- NGUYỄN THỊ TÚ UYÊN ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU NHẰM GIẢM LÚN LỆCH VỚI MỐ TRỤ CẦU BÌNH THUỶ 2, THÀNH PHỐ CẦN THƠ... Tuy nhiên, đất nền

-o0o -

NGUYỄN THỊ TÚ UYÊN

ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU NHẰM GIẢM LÚN LỆCH VỚI

MỐ TRỤ CẦU BÌNH THUỶ 2, THÀNH PHỐ CẦN THƠ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM

Mã số ngành : 60.58.02.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2016

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 : TS LÊ ANH TUẤN

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS LÊ VĂN PHA

Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 05 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

2 TS LÊ ANH TUẤN

3 TS LÊ VĂN PHA

4 PGS.TS LÊ BÁ VINH

5 TS ĐỖ THANH HẢI

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên nghành sau khi luận văn được sửa chữa ( nếu có)

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

- -oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN THỊ TÚ UYÊN

Ngày sinh : 29/08/1989

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

MSHV : 1570677 Nơi sinh : Sóc Trăng

MN : 60 58 02 04

I- TÊN ĐỀ TÀI

Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún

lệch với mố trụ cầu Bình Thuỷ 2, Thành Phố Cần Thơ

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Chương 1 Tổng quan trụ đất xi măng để xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu

nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu

Chương 2 Cơ sở lý thuyết về trụ đất xi măng để xử lý đất yếu

Chương 3 Thí nghiệm trong phòng xác định hàm lượng xi măng thích hợp và các

đặc trưng của trụ đất xi măng

Chương 4 Ứng dụng ước lượng độ lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu Bình Thuỷ 2,

Thành phố Cần Thơ

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016

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 các Thầy PGs.Ts Châu Ngọc Ẩn, PGs.Ts

Lê Bá Vinh, PGs.Ts Bùi Trường Sơn, PGs.Ts Nguyễn Minh Tâm, Ts Lê Trọng Nghĩa, Ts Đỗ Thanh Hải, PGs.Ts Trần Tuấn Anh 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 thời gian thực hiện luận văn

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 12 năm 2016

Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Tú Uyên

Hiện nay, đối với khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung, khu vực TP Cần Thơ nói riêng 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 Tuy nhiên trong thực tế hiện tượng trên vẫn chưa được giải quyết một cách triệt để Vì vậy, Với mục đích đề ra phương pháp xử lý vấn đề lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu,Luận văn này trình bày cấu tạo, quan điểm tính toán cọc xi măng đất 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 cọc xi măng đất Phần tính toán

áp dụng thực tế đối với đường dẫn vào cầu Bình Thủy 2, Thành Phố Cần Thơ, và

kiểm tra lại bằng việc mô phỏng đường dẫn bằng phần mềm Plaxis

positive improvement in infrastructure constructionsregarding to the scale, quantity and quality Nevertheless, geometrically, along with high risk of subsidence, the ground surface

of this area has limited capacity of loading the above infrastructure, which aroused a great concern about how to reduce or mitigate the subsidence and stabilizethe ground surface under massive constructions, particularly for the surface covered by warehouses, and tracks

to bridges or airports For these special cases, estimating the subsidence risk of the ground surface beneath plays an important role in ensuring the long-term performanceof the constructions Therefore, with the aim at proposing recommendations for reducing or mitigating the track degradation, the current study was conducted in order to providetheoretical foundations for the mechanism of soil-cement abutment pilescombined with mathematical calculations which were appliedparticularly for the leading track to

2ndBinhThuy Bridge in Cantho City To this end, Plaxis software was applied to relatively simulate the design framework and inspectthe statistical figures.The results showed that the use of soil-cement abutments piles in mitigating track degradation was markedly viable since the differential settlement between the track and bridge deck was comparatively insignificant The present findings of the study have also made a meaningful contribution to the approach of similar issues of infrastructure constructions within the region and other areas

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 12 năm 2016

Nguyễn Thị Tú Uyên

46

Bảng 4.4 Thí nghiệm 04 mẫu đất trong lớp 4, chỉ tiêu cơ lý đại diện47

Bảng 4.5 Thí nghiệm 7 mẫu đất trong lớp 5, chỉ tiêu cơ lý đại diện48

Bảng 4.6 Tính toán độ lún của mố cầu theo tổng phân tố

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

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

[S] (cm) : độ lún giới hạn cho phép

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

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

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

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

φcol độ : Góc nội ma sát của cọc xi măng đất

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

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

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

φtđ (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 cọc xi

σ’vo (kN/m2) : ứng suất do trọng lượng bản thân

Δσ’v (kN/m2) : gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ’p (kN/m2) : ứng suất tiền cố kết

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

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

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

t (%) : tỉ lệ xi măng dự kiến

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề: 1

2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài: 1

3 Phương pháp nghiên cứu: 2

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài: 2

5 Hạn chế của đề tài: 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU 3

DƯỚI NỀN ĐƯỜNG 3

1.1 Tổng quan về hiện tượng xử lý đất yếu dưới nền đường 3

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

1.3 Một số giải pháp chính xử lý đường đầu cầu: 4

1.5 Trụ đất xi măng 6

1.5.1 Giới thiệu chung 6

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 Xử lý nền đắp cao trên đất yếu bằng phương pháp trụ gia cố xi măng 10

1.7 Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng ở nước ta 10

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

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

1.9Nhận xét

15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU 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 16

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

2.1.4 Tính toán biến dạng 19

2.1.5 Tính toán các thông số trụ đất xi măng 21

2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu bằng trụ đất xi măng 22

2.2.1 Độ lún của mố cầu 22

2.2.2 Độ lún của nền đường đã được gia cố bằng trụ đất xi măng 24

2.3 Nhận xét 26

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XI MĂNG THÍCH HỢP VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA TRỤ ĐẤT XI MĂNG 27

3.1 Phòng thí nghiệm: 27

3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nền : 27

3.3 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng 27

3.3.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư 27

3.3.2 Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng, nước làm thí nghiệm 28

3.3.3 Phương pháp thí nghiệm 29

3.3.4 Đúc mẫu và dưỡng hộ 31

3.3.5 Trình tự thí nghiệm 32

3.3.6 Tiến hành thí nghiệm nén đơn trục 32

3.3.7 Kết quả thí nghiệm 32

3.5 Kết luận chương: 37

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀ MỐ CẦU BÌNH THUỶ 2, THÀNH PHỐ CẦN THƠ 39

4.1 Giới thiệu chung: 39

4.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 45

4.1.2 Địa tầng và đặc tính cơ lý của các lớp đất của nền đường dẫn 45

4.1.3 Đặc điểm địa chất động lực 48

4.1.4 Đặc điểm thủy văn, địa chất thủy văn 48

4.2 Xác định độ lún của mố cầu 49

4.2.1 Số liệu tính toán 49

4.2.2 Độ lún mố cầu 51

4.3 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất xi măng 54

4.3.1 Số liệu tính toán 54

4.3.2 Tính toán thiết kế trụ đất xi măng cho đoạn 1 giáp mố cầu 55

Sử dụng 55

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”)……… 64

4.3.4 Tính toán thiết kế trụ đất xi măng cho đoạn 3 72

Sử dụng 72

4.3.5 Tính toán lựa chọn vải địa kỹ thuật gia cường cho cả đoạn đường dẫn 80

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 80

4.4.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 80

4.4.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 81

4.4.3 Mô hình phần tử hữu hạn 81

I.Kết luận:

87

II Kiến nghị: 88

III Hướng nghiên cứu tiếp theo: 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

- Hiện nay, đối với khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung, khu vực TP Cần Thơ nói riêng 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

- Lún lệch là hiện tượng khá phổ biến trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp; Công trình giao thông; Công trình thủy lợi; Công trình hạ tầng kỹ thuật, Nó làm hư hỏng công trình, gây thiệt hại về tài sản, thậm chí còn có khi ảnh hưởng đến tính mạng con người Trong đó, hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu và

mố cầu khá được quan tâm Có nhiều công trình vừa bàn giao đưa vào sử dụng thì đã xảy ra hiện tượng lún lệch Hiện tượng trên gây ảnh hưởng đến vấn đề an toàn cho người lái xe khi đi qua vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu Có rất nhiều tác giả trong và ngoài nước đã nghiên cứu về vấn đề này, đã đưa ra nhiều giải pháp để khắc phục hiện tượng lún không đều giữa mố cầu và đường dẫn vào cầu Tuy nhiên trong thực tế hiện tượng trên vẫn chưa được giải quyết một cách triệt để Vì vậy, Với mục đích đề ra phương pháp xử lý vấn đề lún lệch giữa đường dẫn vào cầu

và mố cầu, tôi xin đơn cử đề tài: “Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu dưới

nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu Bình Thuỷ 2, Thành Phố Cần Thơ.”

2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:

- Tổng quan về hiện tượng xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu

- Thí nghiệm nhằm 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

- Từ các thông số độ dài, đường kính, khoảng cách trụ xi măng tác giả ước lượng

độ lún của đường dẫn vào cầu gia cố bằng trụ xi măng từ đó so sánh với độ lún của

mố cầu

- Ứng dụng tính toán, mô phỏng bằng phần mềm Plaxis có sử dụng phương pháp gia cố nền đường dẫn đoạn sát mố cầu bằng trụ xi măng cho công trình cụ thể

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến độ lún lệch của nền đường dẫn đã được gia cố bằng trụ đất xi măng 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 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 được 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

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

- Do 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 TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU

DƯỚI NỀN ĐƯỜNG

1.1 Tổng quan về hiện tượng xử lý đất yếu dưới nền đường

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

Lún nền đường đầu cầu dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường và mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc tuyến đường, thậm chí tạo thành những hố (rãnh) lún sâu sát mố cầu Hiện tượng này gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông, làm mất an toàn giao thông và làm tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng công trình

Ở Cộng hòa Pháp, đã có những nghiên cứu đánh giá về xử lý đoạn đường đắp cao đầu cầu nhằm đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng, đảm bảo an toàn giao thông, bảo vệ ổn định nền đường đắp cao đầu cầu và bảo vệ công trình cầu

Sau các nghiên cứu, đánh giá, các chuyên gia đưa ra nhận định về những nguyên nhân có thể gây lún nền đường đắp cao kề giáp với mố cầu Cụ thể là do lún nền đất tự nhiên; Lún do chính bản thân nền đắp; Lún do sự khó khăn trong đầm nén đất đắp sát mố và tường cánh dẫn đến hậu quả sau một vài năm khai thác đã xuất hiện lún gây ra sự chênh lệch cao độ giữa mặt đường và bản quá độ của công trình cầu Tại Cộng Hòa Liên Bang Đức, người ta không quá quan tâm đến mức độ chênh lệch lún giữa nền đường và cầu nhưng yêu cầu phải gia tải trước đoạn nền đường đầu cầu, cống rất nghiêm ngặt, khống chế cả độ lún cố kết và lún từ biến

Trong “Quy phạm xây dựng đường trên đất yếu” ban hành năm 1990 của Bộ Giao Thông Vận Tải Đức đã quy định về việc gia tải trước như sau: Chiều cao gia tải trước và thời gian tác dụng phải bảo đảm trong suốt thời kỳ vận hành khai thác đường không làm cho đất yếu phải chịu tải quá tình trạng ban đầu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng xe chạy

Tại Trung Quốc, đã có những tài liệu nghiên cứu về đặc điểm khu vực nền đường đầu cầu và hai bên cống như sau: thường là nền đắp cao; diện tích thi công hẹp, khó triển khai các loại máy lu lớn để đầm nén; thi công nền đường sau khi cầu

đã làm xong nên thời gian ổn định ngắn; nền mặt đường là kết cấu mềm, trong quá trình sử dụng dễ biến dạng và lún, trong khi đó kết cấu cầu có độ cứng rất lớn, ít biến dạng, ít lún hoặc không lún

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

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 chính xử lý đường đầu cầu:

Sử dụng móng trụ chế tạo sẵn bằng BTCT hoặc bằng thép Đóng có cao độ mũi trụ thay đổi kết hợp với sàn giảm tải mềm: sử dụng phương pháp này thích

hợp với các công trình lớn, không hạn chế về nguồn vốn, công trình có chiều sâu lớp đất yếu dưới nền thiên nhiên dao động từ khoảng 3-30m Đặc điểm của giải pháp này

là do thiết kế trụ với độ cao của mũi trụ thay đổi dọc theo chiều dài đường dẫn (mũi trụ sâu nhất tại vị trí sát mố, mũi trụ cao nhất tại vị trí nối tiếp với nền đường) làm cho khả năng chịu tải của trụ giảm dần làm cho độ lún của nền đường thay đổi dọc theo đường dẫn Sử dụng sàn giảm tải mềm (dùng vải địa kỹ thuật) mà không sử dụng

sàn giảm tải cứng để đạt được mục đích biến dạng nền tự nhiên dưới nền đường dẫn tuyến tính

Sử dụng trụ vôi hoặc xi măng với cao độ ổn định: giải pháp này phù hợp với

công trình có chiều cao đắp không quá cao có nghĩa là vùng hoạt động của nền đường không quá lớn Giải pháp này đòi hỏi thí nghiệm nền đường kỹ lưỡng, có các tỷ lệ pha trộn hợp lý, để đạt được khả năng chịu lực của trụ tốt nhất

Sử dụng bấc thấm, trụ cát, giếng cát: tương tự như các giải pháp trên là làm

cho độ cứng của đất nền thay đổi tuyến tính giá trị giảm dần từ mố cầu đến nền đường thiết kế Mục đích của giải pháp là làm cho độ lún của nền đường thay đổi tuyến tính giảm dần từ mố cầu đến nền đường đầu cầu Giải pháp này phù hợp với công trình không quá lớn, chi phí xây dựng không quá cao

Trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật (phương pháp được tác giả nghiên

cứu trong luận văn này)

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 trộn đất 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 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

+ 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, 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

+ Thích hợp với các loại đất (từ cát thô cho đến bùn yếu)

+ Thi công được trong cả điều kiện ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, thời gian thi công nhanh, kỹ thuật thi công không quá phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao, hạn chế ô nhiễm

+ Cột ximăng đất không bị phình trướng sau khi thi công

+ Biến dạng nền đất gia cố nhỏ vì vậy giảm thiểu ảnh hưởng của lún đối với các công trình lân cận, tăng cường sức kháng cắt ổn định nền móng công trình

+ Dễ dàng điều chỉnh cường độ bằng cách điều chỉnh hàm lượng xi măng khi thi công

+ Trong nhiều trường hợp đã mang đến hiệu quả về mặt kinh tế đáng kể

 Khuyết điểm:

+ Việc làm chủ công nghệ hầu như do nước ngoài thực hiện

+ Vì là công nghệ mới nên tiêu chuẩn Việt Nam hướng dẫn chưa thực sự hoàn chỉnh

+ Các công trình đã thực hiện chủ yếu được thiết kế bằng các quy trình của nước ngoài như: Thụy Điển, Trung Quốc, Nhật Bản…

Tiêu chuẩn thiết kế:

Tại Việt Nam, tiêu chuẩn quy định những yêu cầu kỹ thuật về khảo sát – thí nghiệm, thiết kế, thi công và nghiệm thu trụ đất xi măng là TCVN 9403 : 2012 "Gia

cố nền đất yếu- phương pháp trụ đất xi măng" do Viện Khoa học Công nghệ Xây Dựng - Bộ Xây Dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục tiêu chuẩn Đo lường chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố

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 1.1a,1.1b: Trụ đất xi măng bố trí theo dạng đơn Hình 1.1c: Trụ đất xi măng bố trí theo dạng hàng Hình 1.1d: Trụ đất xi măng bố trí theo dạng lưới Hình 1.1e: Trụ đất xi măng bố trí theo dạng khối

1.1c)

1.1d) 1.1e)

a) Bố trí theo lưới ô vuông b) Bố trí theo lưới tam giác

1.5.3 Công nghệ thi công:

Trụ đất xi măng được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu 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

Ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công trụ đất xi măng là:

+ Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing): Trộn ximăng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia

+ Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-grouting) là công nghệ của Nhật Bản: Bơm trộn vữa ximăng với đất có hoặc không có chất phụ gia

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

+ 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 Xử lý nền đắp cao trên đất yếu bằng phương pháp trụ gia cố xi măng

Giải pháp để xử lý độ lún lệch đường đầu cầu trên nền đất sét yếu bằng công nghệ trụ mềm và trụ nửa cứng (có độ bền chống cắt ≤ 150kPa) có đất tiếp xúc xung quanh Nội dung nêu ra giải pháp tính toán chiều dài đường dẫn thiết kế, phương pháp xác định khoảng cách trụ , chiều dài thi công trụ , phương pháp tính toán chi tiết khi xử dụng giải pháp này Tất cả các phương pháp tính toán dựa trên một số quan điểm và

có sử dụng phần mềm để hỗ trợ tính toán Tuy vậy đề tài chưa đề cập đến phương pháp tính toán đối với trụ cứng (có độ bền cắt ≥ 150kPa)

1.7 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,

Hình 1.5: Trụ đất xi măng ứng dụng công trình Cảng dầu khí Vũng Tàu

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

Số liệu về một số công trình sử dụng trụ đất xi măng:

STT Tên công trình Đường kính

trụ (m)

Tổng mét dài đã thi công (m)

Công nghệ trộn

1 Đường vào sân đỗ cảng hàng không

2 Nhà máy điện Nhơn Trạch I Đồng

3 Đường nối cầu Thủ Thiêm với đại

4 Hầm chui đường sắt vành đai

đường Láng Hoà Lạc Km 7+358 0.6 150.000 Trộn khô

5 Đường băng sân bay Cần Thơ 0.6 300.000 Trộn ướt

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

1.8.1 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 cột 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;

+ Hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận;

+ Hạn chế ảnh hưởng đến dòng chảy của nước mặt và nước ngầm;

+ Khi chọn giải pháp cần đặc biệt chú trọng đến yêu cầu về hạn chế độ lún (độ lún cho phép hoặc tốc độ lún cho phép còn lại sau khi đưa công trình vào sử dụng)

- Về chi phí: Cần phải so sánh tổng chi phí phải chi trong quá trình thi công và chi phí phải bỏ ra sau khi đưa công trình vào sử dụng (vì có thể đối với một số giải pháp phải tiếp tục chi phí để bù lún trong quá trình khai thác)

1.8.2 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

1.9 Nhận xét

Từ những vấn đề nêu trên cho thấy, có rất nhiều giải pháp để khống chế hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu, tùy thuộc vào điều kiện thực tế tại các công trình

mà ta chọn giải pháp sao cho đảm bảo về mặt kỹ thuật cũng như mang tính hiệu quả

Có như thế mới giải quyết được vấn đề đang gặp bất cập hiện nay

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG

ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU

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 toán 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 đề tài 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[5] 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

Nmax  ult

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

+ Chuyển vị của khối móng y y

Trong đó :

ult

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

) 3 5

3 ( u.col h

Nói chung trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa

rõ ràng, chính vì lý do đó mà ít được dùng trong tính toán

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 φtđ, Ctđ, Etđ được nâng cao Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích trụ đất xi măng thay thế trên diện tích đất nền

φtđ = asφcol + (1 - as)φsoil (2.4)

Ctđ = asCcol + (1 - as)Csoil (2.5)

Etđ = asEcol + (1 - as)Esoil (2.6) Trong đó:

as : diện tích tương đối của trụ đất xi măng (tỉ lệ bố trí cột đất xi măng)

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

Esoil, Csoil, φsoil, Asoil: 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, φtđ : 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]

Ecol = (100 – 300) qu (2.9) Với qu : cường độ kháng nén đơn mẫu đất trộn ximăng thí nghiệm trong phòng Theo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra: tiêu chuẩn về cường độ và tiêu chuẩn về biến dạng

2.1.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á[6]

2.1.3.1 Khả năng chịu tải của trụ đơn:

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:

soil col

soil

Q ( 2.25 2) (2.10) 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

2.1.3.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ

Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cột xi măng đất phụ thuộc vào độ bền cắt của đất chưa xử lý giữa các cột ximăng đất và độ bền cắt của vật liệu cột ximăng đất

Qult.group = 2Cu.col.H (B + L) + k.Cu.soil.B.L (2.12) Trong đó:

B, L và H: chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cột ximăng

k: hệ số an toàn phụ thuộc vào hình dạng móng

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

h q h

p i r i o

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( 

A n

q col creep

1



Giá trị q1 có thể được xác định gần đúng như sau:

2 1

1

(2.17)

Độ lún Δh2 dưới đáy khối gia cố được tính cho cả q1 và q2 , với giả thiết tải trọng

q1 truyền xuống dưới đáy khối gia cố, tải trọng q2 tác động lên mặt

Hình 2.2 Mô hình tính lún trường hợp B

2.1.5 Tính toán các thông số trụ đất xi măng

Chiều dài, đường kính cũng như mật độ cột gia cố được xác định theo điều kiện sức chịu tải và điều kiện biến dạng lún của hệ cột 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, mặt đường cứng hay mềm

Khoảng cách giữa các trụ đất xi măng

Bố trí hình vuông:

q f H f

Q s

q fs

p

.

Q s

q fs

p

3

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)

2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu bằng trụ đất xi măng [6] [7] [9]

Hình 2.3: Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu được xử lý bằng trụ đất xi măng

2.2.1 Độ lún của mố cầu [8]

Do mố cầu xây dựng trên nền đất yếu thường xử lý bằng móng trụ để độ lún ổn định của mố cầu phải có giá trị nhỏ hơn bằng 8cm và được tính toán cụ thể theo TCVN 10304-2014 về ước lượng độ lún của móng trụ

a) Xác định kích thước khối móng quy ước

Hình 2.4: Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp