Phân tích ổn định hệ tường chắn kết hợp sàn giảm tải và cọc btct sau mố cầu trung tâm lấn biển rạch giá tỉnh kiên giang

Giải pháp sàn giảm tải kết hợp với cọc BTCT ngoài việc được sử dụng ở đường dẫn vào cầu còn có thể sử dụng ở các công trình khác như các công trình kho bãi nhà công nghiệp, nhà kho ở các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI QUANG VINH

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG CHẮN KẾT HỢP SÀN GIẢM TẢI VÀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP SAU MỐ CẦU TRUNG TÂM LẤN BIỂN RẠCH GIÁ- TỈNH KIÊN GIANG

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh - Tháng 6 năm 2013

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: GV.TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS TRẦN XUÂN THỌ

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

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)

Tp HCM, ngày 21 tháng 6 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã ngành: 60.58.60

MSHV: 11860351

1 TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG CHẮN KẾT HỢP SÀN

GIẢM TẢI VÀ CỌC BTCT SAU MỐ CẦU TRUNG TÂM LẤN BIỂN RẠCH

GIÁ- TỈNH KIÊN GIANG

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:

Chương 3: Phân tích ổn định hệ tường chắn kết hợp sàn giảm tải và cọc BTCT sau

mố cầu trung tâm lấn biển Rạch Giá-Kiên Giang

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/1/2013

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/6/2013

2 PGS.TS Trần Xuân Thọ

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

GV.TS Đỗ Thanh Hải PGS.TS Trần Xuân Thọ

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS Võ Phán

Lời cảm ơn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến những người đã gíup đỡ tôi trong thời gian 2 năm học vừa qua, những người đã giúp tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng Đó là những tình cảm quý báu mà tôi đã nhận được mà suốt đời tôi không bao giờ quên

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS Đỗ Thanh Hải đã hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Trần Xuân Thọ,

người thầy đã tận tâm chỉ bảo tôi hết lòng, hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này, mặc dù trong thời gian này thầy phải luôn chống chọi với bệnh tật

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Địa cơ- nền móng,

trường đại học Bách khoa, Đại học quốc gia TPHCM đã luôn quan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong thời gian học cũng như làm luận văn tốt nghiệp

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, anh em trong gia đình và những người thân yêu nhất đã luôn ủng hộ, động viên tôi trong thời gian qua, giúp tôi vượt qua những khó khăn gặp phải trong quá trình học tập

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, bạn bè lớp cao học Địa kỹ thuật xây dựng khoá 2011 đã luôn giúp đỡ, chỉ dẫn tôi trong suốt thời gian qua

TPHCM, ngày 21 tháng 6 năm 2013

Học viên

Bùi Quang Vinh

Tóm tắt

Hiện tượng lún nền đường dẫn đầu cầu ở những công trình gần đây đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng, làm thiệt hại về con người và kinh tế Đa số những công trình này được xây dựng trên nền đất yếu mà công tác thiết kế, khảo sát đã không được coi trọng Giải pháp dùng hệ tường chắn kết hợp sàn giảm tải và cọc bê tông cốt thép là một phương pháp được áp dụng và đã đạt đượt những kết quả rất khả quan Nội dung luận văn được áp dụng tính toán bằng phần tử hữu hạn cho công trình thực

tế là hệ tường chắn kết hợp sàn giảm tải và cọc BTCT sau mố cầu trung tâm lấn biển Rạch giá, Kiên Giang

Qua kết quả phân tích bằng mô hình Plaxis 2D, độ lún còn lại của mặt đường sau khi hoàn thành 15 năm là 1,14 cm, thoả mãn giới hạn cho phép Độ lún mặt đường theo từng giai đoạn ở mô hình Plaxis 3D tunnel lớn hơn mô hình Plaxis 2D, 1,31-1,35 lần

Ở mô hình Plaxis 2D chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn theo từng giai đoạn là 0,82 mm Ở mô hình Plaxis 3D tunnel chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn là 0,66 mm Cả 2 mô hình đều có chuyển vị ngang trong giới hạn cho phép

Qua việc thay đổi các thông số bề dày của sàn giảm tải, ta thấy bề dày của sàn giảm tải ít ảnh hưởng đến chuyển vị đứng của sàn, độ lún của mặt đường nhưng có ảnh hưởng đến độ lún lệch của mặt đường, độ lún lệch của sàn giảm tải và chuyển vị ngang của tường chắn

Bằng cách thay đổi tiết diện cọc, ta thấy tiết diện cọc giảm làm tăng độ lún tổng thể của mặt đường, chuyển vị đứng của sàn giảm tải và không làm tăng độ lún lệch

Việc sử dụng giải pháp dùng hệ tường chắn kết hợp sàn giảm tải và cọc BTCT phù hợp đối với những công trình đòi hỏi sự ổn định cao, thời gian thi công nhanh mà không phụ thuộc quá nhiều vào nguồn kinh phí xây dựng

Giải pháp sàn giảm tải kết hợp với cọc BTCT ngoài việc được sử dụng ở đường dẫn vào cầu còn có thể sử dụng ở các công trình khác như các công trình kho bãi nhà công nghiệp, nhà kho ở các siêu thị, xí nghiệp

Abstract

Settlement problem of approached road behind bridge’s abutment in recent

those constructions were built in soft soil foundation which design and investigation were not be strongly cared The concrete wall- slab piles solution was applied and achieved satisfactory results This thesis uses the finite element method in real

construction concrete wall- slab- piles behind bridge’s abutment of central encroached

area in Rạch giá city, Kiên giang province, mentioned problems are clear

By analyzing Plaxis 2D model, remain settlement of approached road afer 15 years is 1,14 cm, agree with the allowed limit In Plaxis 3D tunnel model, settlements

of approach road are larger than Plaxis 2D model 1,31-1,35 times

In Plaxis 2D model, the largest honrizontal displacement is 0,82mm In Plaxis 3D tunnel model the largest honrizontal displacement is 0,66mm Both have the largest honrizontal displacement agree with the allowed limit

When changing slab’s depth, vertical displacement of slab, settlement of road are effected not much but unequal displacements of slab and honrizontal displacement

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy

TS Đỗ Thanh Hải và PGS.TS Trần Xuân Thọ

Các kết quả tính toán trên cơ sở lý thuyết và mô phỏng là do tôi thực hiện và dựa vào các kết quả thí nghiệm, các số liệu tham khảo có trong danh mục tài liệu tham khảo

Tôi xin cam đoan luận văn này không trùng lặp với những công bố nào trước đây

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của đất nước, khu vực đồng bằng sông Cửu Long là một trong những khu vực có tốc độ phát triển nhanh nhất ở thời điểm hiện nay Do

hệ thống sông ngòi và kênh rạch dày đặc, và nhằm đáp ứng được nhu cầu lưu thông hàng hoá và đi lại, sự xuất hiện các cây cầu ngày càng nhiều, góp phần đẩy nhanh vào quá trình phát triển chung của toàn vùng Hàng ngàn cây cầu đã được xây dựng, tuy nhiên do địa chất của khu vực, chủ yếu là các tầng đất yếu, đã xảy ra nhiều vấn

đề hết sức phức tạp gây ra nhiều sự cố nghiêm trọng Ngoài các công trình đã đưa vào sử dụng thành công, vẫn còn rất nhiều các công trình tồn tại những sự cố không lường trước, gây ra những thiệt hại nặng nề về kinh tế, về mỹ quan, mà phải mất rất nhiều thời gian và công sức mới có thể khắc phục được Một trong những sự cố thường gặp nhất đó là hiện thượng lún lệch đường dẫn đầu cầu Hiện tượng này xảy

ra rất nhiều vào những năm gần đây, khi số lượng những cây cầu ngày càng tăng và gây ra những ảnh hưởng rất lớn đến việc đưa vào sử dụng, khai thác

TP Rạch Giá là một trong những đô thị phát triển nhanh của cả nước với hàng loạt công trình được xây dựng mới, đặc biệt là ở khu vực lấn biển rộng hàng

trăm hecta Trong điều kiện đó, dự án cầu Trung tâm lấn biển thành phố Rạch

giá đã được đưa vào thi công, với mục đích nối liền khu vực lấn biển và khu dân cư

cũ, thuận lợi cho giao thông, giải quyết tình trạng lưu lượng xe ngày càng nhiều ở thành phố Rạch Giá

Từ những hư hỏng của các công trình cầu đường hiện nay như cầu Trà Niền-

TP Cần Thơ, cầu Phú Mỹ- TP HCM,…chúng ta nhận thấy việc tính toán xử lý nền đường đắp cao sau mố cầu trên đất yếu một cách kỹ lưỡng là vô cùng cần thiết Công việc này vô cùng phức tạp đòi hỏi nhiều bộ phận liên quan, nhiều cơ quan có chức năng có thẩm quyền phải đặc biệt chú ý

1.2 Nội dung

Công trình thực tế: Cầu trung tâm lấn biển thành phố Rạch Giá

Đề tài xét đến biến dạng và chuyển vị của nền đất dưới cọc, tìm hiểu sự làm việc ổn định của mặt đường tại vị trí đường dẫn đầu cầu qua các giai đoạn thi công, phân tích sự làm việc của hệ tường chắn kết hợp sàn giảm tải và cọc BTCT vào việc giải quyết độ lún của đường dẫn sau mố cầu

Đề tài cũng phân tích ảnh hưởng của bề dày sàn, chiều dày của tường chắn, tiết diện của cọc đến chuyển vị của sàn giảm tải, tường chắn và độ lún mặt đường

Phân tích sự làm việc của mặt đường đoạn có sàn giảm tải và đoạn không có sàn giảm tải, xem xét độ lún lệch của các phần đường này

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sẽ sử dụng các tư liệu trong hồ sơ thiết kế, hồ sơ khảo sát địa chất, và các hồ sơ có liên quan của công trình để có được những số liệu đưa vào phần mềm

mô phỏng theo phần tử hữu hạn Ngoài ra việc tham khảo các tài liệu chuyên ngành, các lý thuyết tính toán, các nghiên cứu của các thầy cô, anh chị di trước là rất cần thiết cho việc thực hiện đề tài

Luận văn sử dụng phần mềm Plaxis 2D 8.5 và Plaxis 3D Tunnel 1.2 để mô phỏng, từ đó đưa ra nhận xét và các kết quả tính toán

1.4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

Phương pháp xử lý nền đường đắp cao sau mố cầu trên đất yếu bằng hệ tường chắn kết hợp sàn giảm tải và cọc BTCT giúp cho tải trọng bên trên có thể truyền xuống các lớp đất sâu hơn, làm giảm thiểu độ lún lệch giữa mố cầu và đường dẫn vào cầu, độ lún của bản thân đường dẫn sau mố

Hiệu quả của phương pháp này có thể ứng dụng vào các công trình trong vùng mà chủ yếu được đặt trên nền đất yếu, phương pháp này không đòi hỏi kỹ thuật quá cao, biện pháp thi công không quá phức tạp, vì vậy nên được ứng dụng rộng rãi

Chưa xét đến các điều kiện bất lợi như công trình chịu tải trọng động đất, bão,…

Chưa xét đến mức độ cố kết của nền đất đắp khu vực lấn biển là đất mới, chưa cố kết hoàn toàn

Chưa xét đến sự thay đổi của mực nước ngầm theo thời gian

Chưa xét đến sự thay đổi các chỉ tiêu cơ-lý của đất theo độ sâu trong mỗi lớp đất và theo thời gian

1.1Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Nội dung 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu 2

1.4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.5 Hạn chế của đề tài 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO SAU MỐ CẦU TRÊN ĐẤT YẾU 1.1 Giới thiệu 4

1.2 Một số giải pháp xử lý nền đường dẫn đầu cầu 4

1.2.1 Đắp trực tiếp trên đất yếu 4

1.2.2 Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu 5

1.2.3 Đắp bệ phản áp 7

1.2.4 Tầng cát đệm 7

1.2.5 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng 8

1.2.6 Sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu 10

1.2.7 Hệ sàn giảm tải và cọc BTCT 11

1.3 Các công trình tồn tại những sự cố 12

1.4 Các công trình đã đi vào hoạt động ổn định 15

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG HỆ SÀN GIẢM TẢI VÀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 Các yêu cầu tính toán 16

2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu 17

2.3.1.1 Sức chịu mũi của đất ở mũi cọc Qp 20

2.3.1.2 Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc Qs 28

2.3.2 Tính sức chịu tải của cọc theo công thức đóng cọc 37

2.3.3 Tính sức chịu tải của cọc theo kết quả nén tĩnh 41

2.3.4 Tính toán sức chịu tải của cọc theo TCVN 205-1998 51

2.3.4.1 Xác định sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền 51

2.3.4.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền 56

2.3.4.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên 60

2.3.5 Ma sát âm 62

2.4 Sức chịu tải thiết kế 67

2.5 Tính toán độ lún của nhóm cọc 67

2.6 Kiểm tra ổn định đất nền dưới đáy móng khối quy ước 70

2.7 Kiểm tra độ lún 71

2.8 Độ lún của móng bè cọc 74

2.9 Tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm Plaxis 75

Chương 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG CHẮN KẾT HỢP SÀN GIẢM TẢI VÀ CỌC BTCT SAU MỐ CẦU TRUNG TÂM KHU LẤN BIỂN RẠCH GIÁ-KIÊN GIANG 3.1 Mô tả công trình 78

3.1.1 Giới thiệu chung 78

3.1.2 Đặc điểm thiết kế 82

3.2 Phân tích bài toán bằng các mô hình 87

3.2.1 Mô hình Plaxis 2D 87

3.3.1.1 Các thông số đầu vào 87

3.2.1.2 Kết quả tính toán bằng mô hình 2D 91

3.2.1.3 Xét ảnh hưởng của các thông số đầu vào 98

3.2.2Mô hình Plaxis 3D Tunnel 104

3.2.2.1 Thông số đầu vào 104

hợp sàn giảm tải 114

Chương 4: KẾT LUẬN 117

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN 121

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO SAU

MỐ CẦU TRÊN ĐẤT YẾU 1.1 Giới thiệu

Giải pháp nền đất đắp cao được sử dụng ở khu vực đường dẫn vào cầu, phải đáp ứng những yêu cầu về kỹ thuật lẫn mỹ quan, kiến trúc Tuy nhiên cùng với đó

là những vấn đề xảy ra khi bên dưới nền đắp là nền đất yếu mà địa chất vô cùng phức tạp, mức độ biến dạng rất lớn Vì nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan

mà vấn đề này xảy ra ở nhiều khu vực có những công trình xây dựng trên nền đất yếu

Đất yếu được định nghĩa là các loại đất có sức chống cắt nhỏ và tính biến dạng (ép lún lớn), do vậy nền đắp trên đất yếu, nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp thường dễ bị mất ổn định toàn khối hoặc lún nhiều, lún kéo dài ảnh hưởng đến mặt đường, công trình trên đường và cả mố cầu lân cận

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 làm giảm năng lực thông hành, gây hỏng hóc phương tiện, hàng hóa, phát sinh tải trọng xung kích phụ thêm lên mố cầu hoặc cống, tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng, gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông và làm mất an toàn giao thông

Nguyên nhân gây ra hiện tượng lún có rất nhiều 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 cao giữa mặt đường và bản quá độ của công trình cầu

1.2 Một số giải pháp xử lý nền đường dẫn đầu cầu [1]

1.2.1 Đắp trực tiếp trên đất yếu

Có thể áp dụng giải pháp đắp trực tiếp (không dùng một biện pháp xử lý nào khác) khi tính toán ổn định và lún của nền đắp trực tiếp trên nền thiên nhiên (bao gồm cả đất yếu ở dưới) Trong mọi trường hợp đắp trực tiếp trên đất yếu đều nên có tầng đệm cát dầy tối thiểu 50cm và rộng thêm so với chân ta luy nền đắp mỗi bên 0,5-1,0m

Các trường hợp sau đây có thể xét tới việc áp dụng giải pháp đắp trực tiếp: Trên vùng đất yếu có lớp vỏ dày 1-2m thì chiều cao nền đắp trực tiếp có thể tới 2-3m, nếu lớp vỏ dầy trên 2m thì chiều cao đắp trực tiếp có thể tới 3-4m;

Trên vùng than bùn loại I hoặc đất yếu dẻo mềm có bề dày than bùn dưới 1 2m;

-Trên vùng bùn cát, bùn cát mịn (loại này có hệ số cố kết thường lớn nên lún nhanh)

Ngoài ra, đối với các trường hợp nền đắp được dự báo lún ít và lún nhanh nhưng nếu đắp ngay đến đủ cao độ thiết kế sẽ không bảo đảm ổn định theo tiêu chuẩn thì vẫn có thể áp dụng giải pháp đắp trực tiếp kèm với biện pháp khống chế tốc độ đắp (đắp từng đợt; giữa các đợt đắp có thời gian chờ cố kết) để bảo đảm yêu cầu ổn chỉ trừ khi việc khống chế tốc độ đắp dẫn tới quá kéo dài thời gian, không bảo đảm được yêu cầu về tiến độ thi công đối với toàn bộ công trình đường thì mới cần nghĩ đến các giải pháp xử lý khác

1.2.2 Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu

Giải pháp này thường rất có lợi về mặt tăng ổn định, giảm độ lún và thời gian lún; do vậy trừ trường hợp trên đất yếu có tồn tại lớp vỏ không yếu ra, trong mọi trường hợp khác người thiết kế đều nên ưu tiên xem xét áp dụng hoặc kết hợp việc đào một phần đất yếu với các giải pháp khác Đặc biệt thích hợp là trường hợp lớp đất yếu có bề dày nhỏ hơn vùng ảnh hưởng của tải trọng đắp Dùng sơ đồ công nghệ đào đất yếu bằng máy xúc gầu dây, đào đến đâu đắp lấn đến đó thì chiều sâu đào có thể thực hiện được là 2-3m Điều chủ yếu là phải thiết kế bố trí mặt bằng thi công hợp lý, thuận lợi cho việc đẩy đất đắp lấn nhanh chóng sau khi luống đào hình

thành; đất yếu đào ra có thể đổ về phía 2 bên đoạn đã đắp lấn xong để tạo nên bệ phản áp

Hình 1.1 Các phương án thay đất

a) Thay toàn bộ b) Thay một phần kết hợp vải địa kỹ thuật

Các trường hợp dưới đây đặc biệt thích hợp đối với giải pháp đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu:

Bề dày lớp đất yếu từ 2m trở xuống (trường hợp này thường đào toàn bộ đất yếu để đáy nền đường tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu);

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

Trường hợp đất yếu có bề dày dưới 3m và có cường độ quá thấp đào ra không kịp đắp như than bùn loại II, loại III, bùn sét (độ sệt B>1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp dụng giải pháp bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đắp quá tải để nền tự lún đến đáy lớp đất yếu Giải pháp này đặc biệt thích hợp đối với trường hợp thiết kế mở rộng nền đắp cũ khi cải tạo, nâng cấp đường trên vùng đất yếu

cũng là một biện pháp cho phép thay thế việc đào bớt đất yếu trong phạm vi bằng chiều sâu cọc đóng (thường có thể đóng sâu 2-

2,5m) Cọc tre nên dùng loại có đường kính đầu lớn trên 7cm, đường kính đầu nhỏ trên 4cm bằng loại tre khi đóng không bị dập, gẫy Khi tính toán được phép xem vùng đóng cọc tre như trên là nền đương đã đắp Trên đỉnh cọc tre sau khi đã đắp một lớp 30cm nên rải vải địa kỹ thuật (hoặc các loại geogrids có chức năng tương tự) để tạo điều kiện phân bố đều tải trọng nền đắp trên các cọc tre

Tương tự, có thể dùng các cọc tràm loại có đường kính đầu lớn trên 12cm,

1.2.3 Đắp bệ phản áp

Giải pháp này chỉ dùng khi đắp nền đường trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức ổn định chống trượt trồi cho nền đường, cả trong quá trình đắp và quá trình đưa vào khai thác lâu dài Nếu đắp nền và đắp bệ phản áp hai bên đồng thời thì không cần khống chế tốc độ đắp, vì vậy có thể thi công nhanh Tuy nhiên giải pháp này không giảm được thời gian lún cố kết và không những không giảm được độ lún mà còn tăng thêm độ lún (do thêm tải trọng của bệ phản áp ở hai bên) Ngoài ra, nó còn có nhược điểm là khối lượng đắp lớn và diện tích chiếm ruộng đất lớn Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét

1.2.4 Tầng cát đệm

Tầng cát đệm được bố trí giữa đất yếu và nền đắp để tăng nhanh khả năng thoát nước cố kết từ phía dưới đất yếu lên mặt đất tự nhiên dưới tác dụng của tải trọng nền đắp

Tầng cát đệm nên được sử dụng trong các trường hợp đắp trực tiếp trên đất yếu và bắt buộc phải có khi áp dụng các giải pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng

Cát dùng làm tầng cát đệm cần phải bảo đảm được các yêu cầu sau:

Cát phải là loại cát có tỷ lệ hữu cơ < 5% cỡ hạt lớn hơn 0,25mm chiếm trên 50% cỡ hạt nhỏ hơn 0,08mm chiếm ít hơn 5% và phải thoả mãn một trong hai điều kiện sau:

6D

) D (

60 10

2

Trong đó:

10%

Chiều dày tầng cát đệm ít nhất phải bằng độ lún tổng cộng S nhưng không

được nhỏ hơn 50cm Độ chặt đầm nén của tầng cát đệm chỉ yêu cầu đạt 0,9 độ chặt

đầm nén tiêu chuẩn (phục vụ xe máy thi công các lớp trên)

1.2.5 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm)

Nhờ có bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng

cát hoặc bấc thấm) nên nước cố kết ở các lớp sâu trong đất yếu dưới tác dụng tải

trọng đắp sẽ có điều kiện để thoát nhanh (thoát theo phương nằm ngang ra giếng cát

hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự nhiên) Tuy nhiên, để đảm bảo

phát huy được hiệu quả thoát nước này thì chiều cao nền đắp tối thiểu nên là 4m và

khi thiết kế cần thoả mãn các điều kiện theo quy định

vz +z (1,2  1,5)pz (1.3)

lg)(

lg

lg)(

lg

vz z

vz

pz z

gây ra ở độ sâu z (MPa)

vz i hi (1.5)

i và hi - Trọng lượng thể tích và bề dày lớp đất i nằm trong phạm vi từ mặt tiếp

xúc của đất yếu với đáy nền đắp (z=0) đến độ sâu z trong đất yếu; chú ý rằng đối

với các lớp đất yếu nằm dưới mức nước ngầm thì trị số i phải dùng trọng lượng thể tích đẩy nổi (trừ đi 1)

z - Ứng suất (áp lực) thẳng đứng do tải trọng đắp (phần nền đắp và phần

xe cộ) gây ra ở độ sâu z trong đất yếu kể từ đáy nền đắp (MPa); z được tính theo toán đồ Osterberg ở Phụ lục II

trong thời hạn thi công quy định

Việc quyết định chiều sâu giếng cát hoặc bấc thấm là một vấn đề kinh tế - kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế cần phải cân nhắc dựa vào sự phân bố độ lún của các lớp đất yếu theo chiều sâu dưới tác dụng của tải trọng đắp đối với mỗi trường hợp thiết kế cụ thể Không nhất thiết phải bố trí đến hết phạm vi chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp (phạm vi chịu lún) mà chỉ cần bố trí đến một độ sâu có trị số lún cố kết của các lớp đất yếu, từ đó trở lên chiếm một tỷ lệ đủ lớn so với trị số lún cố kết Sc

dự báo được sao cho nếu tăng nhanh tốc độ cố kết trong phạm vi bố trí giếng hoặc bấc này là đủ đạt được tiêu chuẩn về độ lún cố kết cho phép còn lại trong thời hạn thi công quy định Do vậy người thiết kế phải đưa ra các phương án bố trí giếng hoặc bấc thấm khác nhau (về độ sâu và về khoảng cách)

Hình 1.2 Gia tải trước kết hợp với giếng cát

Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng nên kết hợp với biện pháp gia tải trước (Hình)và trong mọi trường hợp thời gian duy trì tải trọng đắp không nên dưới 6 tháng Có thể dùng bất kỳ loại đất nào (kể cả đất lẫn hữu cơ) để đắp gia tải trước Ta luy đắp gia tải trước được phép đắp dốc tới 1:0,75 và độ chặt đầm nén chỉ cần đạt K = 0,9 (đầm nén tiêu chuẩn)

1.2.6 Sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu

Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đắp như ở Hình 1.1, ma sát giữa đất đắp và mặt trên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo được một lực giữ khối trượt F (bỏ qua ma sát giữa đất yếu và mặt dưới của vải) và nhờ đó mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu sẽ tăng lên

Hình 1.3 Bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đắp

I - Vùng hoạt động (khối trượt)

II - Vùng bị động (vùng vải địa kỹ thuật đóng vai trò neo giữ)

F - Lực kéo mà vải phải chịu (T/m)

Y - Cánh tay đòn của lực F đối với tâm trượt nguy hiểm nhất

Sử dụng giải pháp này, khi tính toán thiết kế phải bảo đảm điều kiện sau:

F  Fcp (1.6)

trong đó:

F - Lực kéo mà vải phải chịu (T/m)

1.2.7 Hệ sàn giảm tải và cọc BTCT

Người ta thi công hệ kết hợp sàn giảm tải và cọc BTCT tạ vị trí đường dẫn

đầu cầu, sau đó thi công lớp đất đắp bên trên và lớp kết cấu mặt đường

Mục đích của phương pháp là giảm bớt tải trọng mà nền đất yếu phải thu

nhận, truyền tải trọng xuống tầng đất tốt hơn bên dưới thông qua hệ cọc BTCT

a) Cọc độc lập b) Cọc liên kết với sàn giảm tải

Hình 1.4 Nền đắp trên cọc

Ưu điểm của phương pháp này có thể giải quyết triệt để vấn đề lún của nền

đường bên trên, đồng thời cũng giải quyết được độ lún lệch giữa mố cầu và đường

dẫn vào cầu Lý thuyết tính toán cũng được dựa vào các cách tính toán thông dụng trong tiêu chuẩn và quy phạm

1.3 Các công trình tồn tại những sự cố:

Cầu Trà Niền do Sở GTVT TP Cần Thơ làm chủ đầu tư, đơn vị thiết kế là Trung tâm nghiên cứu công nghệ và thiết bị công nghiệp Trường Đại học Bách khoa TPHCM, đơn vị thi công là Công ty cổ phần đầu tư và xây dựng công trình 72

và đơn vị giám sát là Công ty Cổ phần tư vấn thiết kế công trình giao thông Miền Nam Đầu tháng 2/2010 cầu Trà Niền được thông xe kỹ thuật nhưng trước đó vị trí

bờ sông phía Cần Thơ có 3 căn nhà bị sụp cách phạm vi thi công 13 m Đến ngày 6/3 thì đường dẫn cầu Trà Niền bị sạt lở làm 5 căn nhà sụp xuống sông làm 2 người chết (Hình 1.5)

Hình 1.5 Đường dẫn đầu cầu Trà Niền-TP Cần Thơ bị sụt lún

Cầu được khởi công ngày 9 tháng 9 năm 2005 và đã khánh thành vào ngày 2/9/2009 Cầu giúp việc lưu thông trên Quốc lộ 1A đoạn từ miền Bắc và miền Trung đi Đồng bằng sông Cửu Long đi qua địa phận Thành phố Hồ Chí Minh được rút ngắn, sau khi cầu Phú Mỹ và các đường vành đai nối đến cầu hoàn thành sẽ góp phần làm giảm sự quá tải cho hệ thống giao thông đường bộ ở Thành phố Hồ Chí

Minh, khi ấy các xe tải loại lớn và xe container sẽ không chạy trong nội thành nữa, góp phần vào việc giảm ô nhiễm cho nội thành Tuy nhiên sau khi đưa vào sử dụng

đã xảy ra hiện tượng lún tạo ra những vết nứt dài ở vị trí sát mố cầu, tạo thành gờ

dài nằm bên làn đường xe 2 bánh (Hình 1.6)

Hình 1.6 Đường dẫn lên cầu Phú Mỹ, phía bên Q.7, TP.HCM

Cầu Rạch Chiếc là cây cầu nối liền huyết mạch trên xa lộ Hà Nội từ cửa ngõ phía Đông dẫn vào trung tâm thành phố Hồ Chí Minh cũng xảy ra sự cố sau khi đưa vào

sử dụng 1 năm (Hình 1.7)

Hình 1.7 Hiện tượng lún ở đầu cầu Rạch Chiếc

Hình 1.8 Hiện tượng lún ở cầu Cái Tắc

Cầu Cái Tắc là một trong năm cầu thuộc hệ thống đường dẫn nam cầu Cần Thơ, do nhà thầu Trung Quốc thi công Khi đưa vào hoạt động đã xảy ra hiện tượng lún nứt,

có nơi tạo nên hố sâu rất nguy hiểm (Hình 1.8) Cũng trong hệ thống đã xảy ra lún

ở đoạn giữa cầu Cái Da và Cái Na, làm nước đọng lại nhiều khi trời mưa (Hình 1.9)

Hình 1.9 Hiện tượng lún đường dẫn giữa cầu Cái Na và Cái Da

1.3 Các công trình đã đi vào hoạt động ổn định

Hình 1.10 Đường dẫn vào cầu Tân Thuận 2- TPHCM

Cầu Tân Thuận 2 khởi công ngày 15-1-2004, được xây dựng vượt kênh Tẻ nối liền hai bờ quận 4 và quận 7 với tổng mức đầu tư xây dựng khoảng 350 tỉ đồng, trong đó phần xây lắp là 70 tỉ đồng Cầu có tổng chiều dài tuyến là 1.891m, chiều dài chính là 421m, rộng 14m, trọng tải 30 tấn Đây là dự án do Khu Quản lý giao thông đô thị - Sở Giao thông công chánh TP.HCM làm chủ đầu tư Cầu Tân thuận 2 được thiết kế bởi Công ty cổ phần thiết kế giao thông vận tải phía nam (Tedi south) Phần đường dẫn đầu cầu được xử lý bằng hệ sàn giảm tải trên cọc BTCT (30x30)cm M300Đơn vị thi công là Công ty Cầu 12 thuộc Tổng Công ty Xây dựng công trình giao thông Cienco 1) Công trình được đưa vào sử dụng từ năm 2006

Hình 1.11 Phần tường chắn bên hông cầu Tân Thuận 2

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG HỆ SÀN GIẢM TẢI VÀ CỌC BÊ TÔNG

CỐT THÉP

2.1 Các yêu cầu tính toán

Quan điểm tính toán cọc chịu tải: các cọc được thiết kế như một nhóm cọc chịu hoàn toàn tải trọng của công trình, phương pháp này có ưu điểm là các bước tính toán áp dụng các lý thuyết thông dụng đã có trong tiêu chuẩn và các quy phạm thiết kế

Với quan điểm này ta xem hệ như một móng cọc đài thấp với các giả thiết: đài cọc tuyệt đối cứng, ngàm cứng với cọc và chỉ truyền tài trọng lên các cọc, do đó các cọc chỉ chịu nén, kéo, coi hệ như móng cọc sử dụng móng khối quy ước để tính

o Sức chịu tải giới hạn của cọc theo điều kiện đất nền;

o Hình thành và mở rộng vết nứt tròn cọc và đài cọc bằng bê tông cốt thép

2.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu[2][3]

Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo (khi cọc bị nhổ) và sức chịu tải của cọc theo vật liệu có thể được tính theo công thức sau:

Q VL .A p.R vl (2.1)

Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn của cọc theo vật liệu xác định theo công thức thanh chịu nén có xét đến uống dọc Sự uốn dọc được xét như tính cột trong tính toán bê tông:

nghiệm lấy như sau :

Với cọc tròn hoặc cọc vuông:

r – bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

Với cọc chữ nhật:

b – bề rộng của tiết diện chữ nhật

Trong đó: l – chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào đất tính từ đầu cọc đến điểm ngàm trong đất (cọc thường bị gãy khi đang đóng hoặc ép có đoạn cọc tự do trên mặt đất còn nhiều)

ν=1 (xem tại vị trí nối cọc là liên kết khớp, tại vị trí lực tác dụng khi ép cọc như tựa đơn)

Cần lưu ý rằng, trong trường hợp lớp đất yếu nằm trên cùng thì chiều dài l tính

từ đáy lớp đất yếu đến đỉnh cọc phía trên

Hình 2.1 Trường hợp thi công ép (đóng) cọc

hoặc l được chọn là chiều dầy lớp đất yếu có cọc đi ngang qua và ν là hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc

đá

v = 0.5

* đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc ngàm trong đá

Hoặc nếu xét đến sự hiện diện của đất bùn loãng xung quanh cọc, M Jacobson đề nghị ảnh hưởng uốn dọc như sau:

Bảng 2.3 Hệ số  theo Jacobson

Với L là chiều dài cọc, r là bán kính hoặc cạnh cọc

2.3 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền

s u dz Q

0

(với A s : diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất)

Sức chịu tải cho phép của cọc

p p s

s a

FS

Q FS

thường được chọn từ 2 đến 3, tùy theo loại tổ hợp tải trọng

Hình 2.2 Sơ đồ các lực của đất tác động trở lại cọc [1]

Sơ đồ trong hình 2.2 diễn tả các thành phần chịu tải của cọc theo đất nền do chịu mũi và ma sát xung quanh

Sức chịu tải của cọc theo đất nền có thể được dự đoán theo các phương pháp chính sau:

Theo chỉ tiêu cơ học của đất nền: chỉ tiêu chống cắt và trọng lượng riêng còn gọi là phương pháp tĩnh;

Theo chỉ tiêu trạng thái còn gọi là phương pháp thống kê;

Theo thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường;

Theo thí nghiệm động cho các loại cọc hạ vào đất bằng búa đóng

2.3.1 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền

a) Phương pháp Terzaghi

Phương pháp cổ điển nhất ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị sử dụng các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức sức chịu tải của móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như

sơ đồ trượt của đất dưới móng nông

Terzaghi đề nghị sử dụng ngay các hệ số sức chịu tải Nc , Nq , N , được thiết lập cho móng nông tiết diện tròn hoặc vuông có dạng:

cot

2

) 2 / 4 / 3 ( 2

)24(cos

) 2 / 4 / 3 ( 2

' '

c p

cọc trong đất nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lớp cát chịu

Hình 2.3 Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất L B

Lb= L khi cọc trong nền đồng nhất

Khi Lb/D > (Lb/ D)cr thì cọc thật sự ngàm vào đất cứng tương đương điều kiện

Meyrerhof đề nghị xác định sức chịu tải mũi cọc như sau:

sau:

1 2 4 6 8 10 20

100

40

80 60 200

1000

400

800 600

10 20 30 40 45

10 20

2

1

4 6 8

0 4 8 16

Góc nội ma sát của đất (  )

Hình 2.4 Biểu đồ xác định các hệ số sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc

Meyerhof cũng đề nghị, trên cơ sở tổng kết rất nhiều thực nghiệm, sức chịu mũi của cọc trong nền cát đồng nhất được xác định theo kết quả xuyên động chuẩn (SPT)

q p (kN/m 2 )= 40N(L/D) < 400N (2.20)

N giá trị trung bình của thí nghiệm SPT trong phạm vi 10D bên trên và 5D bên dưới mũi cọc

xác định theo biểu thức sau:

) )

( ) ( ) (

b y l c l y l

D

L q q q

ql(c) = sức chịu mũi giới hạn của lớp cát chặt

Hình 2.5 Giá trị giới hạn của lực chịu mũi cực hạn q p

Với nền là đất sét bão hịa, sức chịu tải đất nền ở mũi cọc cĩ thể ước lượng theo cơng thức sau:

Cát rời

Cát chặt

10 D z

q p

L b

q l(d0

q l(l0 L

q p

(L b /D) cr

q p = q l

L/D= L b /D

Tóm tắt cách tính sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc theo Meyerhof Các

c

p cN q N

chọn các giá trị tối đa N c'và '

b D

L c c

D L c c

D L

D L N

N N

N

b b

/5,0

/

' ) 0 / ( '

(max) '

) 0 / ( '

b D

L q q

D L q q

D L

D L N

N N

N

b b

/5,0

/

' ) 0 / ( '

(max) '

) 0 / ( '

(2.24)

c) Theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

ce q z dz

b a q

3

) ( 3

1

(2.26)

b D c

cm q z dz

b a q

3

) ( 3

1

(2.27)

các giá trị a= B/2 nếu B > 1m,

0,30 0,45

Bảng 2.6 Xếp hạng loại đất theo AFNOR (Pháp)

d) Từ kết quả thí nghiệm nén ép ngang (pressionmètre của Ménard)

b a p

3

*

*

) ( 3

1

(2.29) các giá trị a= B/2 nếu B > 1m,

a= 0,5m nếu B < 1m,

b = min{a,h} với h là chiều sâu móng đặt trong lớp đất chịu lực

Hình 2.7 Sơ đồ định nghĩa áp lực nén ngang tương đương

1,4 1,5 1,6 Cát và sỏi sạn A

B

C

1 1,1 1,2

4,2 3,7 3,2

B

C

1,1 1,4 1,8

1,6 2,2 2,6

2.3.1.2 Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc Qs

nhiều khuynh hướng rất khác nhau trong việc ước lượng giá trị hệ số áp lực ngang:

Khuynh hướng 1: Xem đất nền là “vật liệu đàn hồi” và

Với số lượng cọc không nhiều trong móng cọc và các cọc khoan nhồi, đất nền là loại đất cố kết thường, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán là:

Với cọc đặt trong nền đất cố kết trước, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán theo Jaky có dạng như sau:

K

Với OCR là hệ số cố kết trước

Khuynh hướng 3: Khi đóng hoặc ép cọc vào nền đất, thể tích cọc chiếm lỗ rỗng của đất và đất dần đạt gần đến trạng thái cân bằng bị động điều này có nghĩa là

w

p w

a s

F

K K F K K

Trường Cầu Đường Paris (ENPC) giới thiệu kết quả nghiên cứu của Broms

Bảng 2.9 Giá trị K s Theo ENPC

(cát chặt trung bình)

Ks(cát chặt ) Cọc thép

Cọc bê tông Cọc nhồi Cọc gỗ

1

2 0,5

4

Ngoài ra có thể kể đến các phương pháp sau:

thức xác định lực ma sát xung quanh giữa cọc và đất

Bảng 2.9 Giá trị  (theo API)