Nghiên cứu sử dụng giải pháp sàn giảm tải kết hợp cọc bê tông cốt thép cho đường đắp cao vào cầu maspero tỉnh sóc trăng

TÓM TẮT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIẢI PHÁP SÀN GIẢM TẢI KẾT HỢP CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO ĐƯỜNG ĐẮP CAO VÀO CẦU MASPERO TỈNH SÓC TRĂNG Trong những năm gần đây, khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long

LÊ MINH NHỰT

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIẢI PHÁP SÀN GIẢM TẢI

KẾT HỢP CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO ĐƯỜNG ĐẮP CAO VÀO CẦU MASPERO

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS ĐỖ THANH HẢI

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 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 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 tháng 06 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ MINH NHỰT Phái: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 28-06-1988 Nơi sinh: Cà Mau

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG(CT) Mã ngành: 60.58.60

MSHV: 12860426

1 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIẢI PHÁP SÀN GIẢM TẢI KẾT HỢP CỌC

BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO ĐƯỜNG ĐẮP CAO VÀO CẦU MASPERO, TỈNH SÓC

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Đỗ Thanh Hải

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

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL KHOA QL

CHUYÊN NGÀNH CHUYÊN NGÀNH

TS Đỗ Thanh Hải PGS.TS Võ Phán

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

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

TP HCM, ngày 03 tháng 9 năm 2014 Học viên

Lê Minh Nhựt

Lời đầu tiên học viên xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, cô trong Bộ môn Địa

cơ - nền móng, Trường đại học Bách Khoa - ĐHQG-TPHCM đã luôn quan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong thời gian học cũng như hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn thầy TS Đỗ Thanh Hải, PGS TS Trần Xuân Thọ

đã hướng dẫn em hoàn thành luận văn này Các Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp

em đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lòng biết ơn sâu sắc Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thực tiễn

Trân trọng!

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2014

Học viên

Lê Minh Nhựt

TÓM TẮT

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIẢI PHÁP SÀN GIẢM TẢI KẾT HỢP CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO ĐƯỜNG ĐẮP CAO

VÀO CẦU MASPERO TỈNH SÓC TRĂNG

Trong những năm gần đây, khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long nói chung

và khu vực Sóc Trăng 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 sức chống cắt nhỏ, độ nén lún lớn và hệ số thấm nhỏ

Sàn giảm tải kết hợp cọc bê tông cốt thép là một giải pháp xử lý lún và lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu mang lại hiệu quả ổn định lâu dài, độ tin cậy cao đối với các công trình có chiều cao đắp lớn Nội dung luận văn nghiên cứu ứng dụng cho công trình thực tế là sàn giảm tải kết hợp cọc bê tông cốt thép sau mố cầu Maspero tỉnh Sóc Trăng được sử dụng phương pháp bằng phần tử hữu hạn

Qua kết quả phân tích bằng mô hình Plaxis 2D, độ lún còn lại của nền đường sau khi hoàn thành 15 năm là 4,49cm Chênh lệch lún của sàn giảm tải giữa đoạn giáp mố cầu và cuối sàn giảm tải không đáng kể (0,55cm)

Giải pháp sàn giảm tải kết hợp với cọc bê tông cốt thép không chỉ được sử dụng ở đường dẫn vào cầu mà còn có thể sử dụng ở các công trình khác như công trình kho bãi nhà công nghiệp, nhà kho ở các siêu thị, xí nghiệp

ABSTRACT

RESEARCH ON CONCRETE SLAB – PILES METHOD FOR HIGH EMBANKMENT ROAD TO THE MASPERO BRIDGE

SOC TRANG PROVINCE

In the recent years, in the Mekong Delta general and Soc Trang areas particular, one of the problem of the 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

The concrete slab - piles solution is a suitable method to solve effectively and sustainably the settlement and different settlement of high filling approach to the bridge and abutments The Finite Element method (FEM) is used to analyse the real construction of concrete slab- piles behind bridge’s abutment Maspero, Sóc Trăng province

By analyzing Plaxis 2D model, the remain settlement of roadbed after 15 years it is 4,49cm The different settlement of slab behind bridge’s abutment and the end of slab is neglected (0,55cm)

The concrete slab - piles solution is not only used in approached road but also can be used in other constructions such as store of supermarkets, factories, mills

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ

NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU ĐƯỢC ĐẮP CAO 4

1.1.Đất yếu và các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu 4

1.1.1.Các yêu cầu khi thiết kế nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu 4

a.Chiều cao của đường trên nền đất yếu 5

b.Độ dốc của nền đường trên đất yếu 8

1.1.2.Các vấn đề về ổn định 9

a.Những phá hoại quan sát được thường có hai dạng: 10

b.Sự phát triển của các hư hỏng: 11

1.1.3Các vấn đề về biến dạng 11

1.1.4Các vấn đề ảnh hưởng của nền đắp cao đến mố trụ cầu công trình 12

a.Phá hoại trượt: 12

b.Các tác hại do lún: 12

1.2Các công trình tồn tại những sự cố: 13

1.3Các công trình đã đi vào hoạt động ổn định 16

1.4 Những biện pháp thông dụng để xử lý nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu hiện nay 17

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

17

1.4.2.Giếng cát gia tải trước 20

1.4.3.Bấc thấm (gia tải,bơm hút) 24

1.4.4.Cọc vật liệu rời (cột balat) 25

1.4.5.Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi 26

1.4.6.Phụn xịt vữa ximăng 27

1.4.7.Giải pháp cọc cừ tràm đóng đứng 28

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG SÀN GIẢM TẢI VÀ HỆ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.1.Phương pháp tính toán nền đắp cao trên hệ móng cọc bêtông cốt thép 34

2.1.1.Cọc chịu tải trọng đứng 35

a.Định nghĩa cọc 35

b.Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu 36

c.Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền 37

2.1.2.Cọc đứng chịu tải ngang và moment 38

a.Đặc điểm ứng xử cọc chịu tải ngang theo Broms 38

b.Sức chịu tải ngang của cọc trong tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 39

2.2.Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng 43

2.3.Kiểm tra tải trọng tác động lên các cọc trong móng cọc 44

2.4.Kiểm tra ổn định của đất nền dưới mũi cọc 45

2.5.Tính lún một cọc riêng lẻ 46

2.6.Kiểm tra độ lún của móng cọc 47

2.7.Tính toán độ lún của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép 48

2.8.Tính toán ổn định mái dốc 49

2.8.1.Phương pháp W Fellnius 49

2.8.2.Phương pháp A.W Bishop 51

2.9.Phương pháp tính toán bằng phần tử hữu hạn (PTHH) 52

2.9.1.Giới thiệu chung 52

a.Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 52

b.Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp PTHH 53

2.9.2.Mô hình phần tử PTHH 54

a.Các mô hình vật liệu 55

b.Các mô hình mặt tiếp xúc: 55

c.Phân tích chương trình: 56

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU

MASPERO, TỈNH SÓC TRĂNG

3.1.Mô tả công trình 60

3.1.1.Giới thiệu chung 60

3.2.Kết quả tính toán bằng giải tích 66

3.2.1.Hệ số ổn định: 66

3.2.2.Độ lún móng cọc: 66

3.3.Phân tích bài toán bằng phần tử hữu hạn 67

3.3.1.Các thông số địa chất 67

3.3.2.Các thông số về sàn BTCT 68

3.3.3.Phần tử cọc: 68

a.Dùng phần tử anchor để mô hình chuyển vị ngang 68

b.Dùng phần tử plate để mô hình chuyển vị đứng 68

3.3.4.Mô hình bài toán: 69

a.Đắp trên nền tự nhiên, nền chưa xử lý bằng sàn giảm tải kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép 69

b.Nền đắp trên sàn giảm tải kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép 70

3.3.5.Nội dung phân tích 71

3.4.Kết quả tính toán bằng phần tử hữu hạn 71

3.4.1.Trường hợp 1: Đắp trên nền tự nhiên, nền chưa xử lý bằng sàn giảm tải kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép 71

3.4.2.Trường hợp 2: Nền đắp trên sàn giảm tải kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép 73

3.5Tính hệ số ổn định 75

3.6Chuyển vị ngang nền đường theo các giai đoạn thi công: 75

3.7.So sánh kết quả tính toán các trường hợp sử dụng sàn giảm tải kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép 79

3.7.1.Mô hình 79

a.Trường hợp 1 79

3.7.2.Kết quả tính toán 79

a.Chuyển vị thẳng đứng của nền đường 79

b.Chuyển vị ngang 82

3.8.KẾT LUẬN 82

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU ĐƯỢC ĐẮP CAO

Hình 1.1 Nền đất yếu bị trượt trồi 6

Hình 1.2 Nền đất yếu bị trượt sâu 7

Hình 1.3 Sơ đồ các lực gây ra trên cọc do sự biến dạng của nền đất yếu 9

Hình 1.4 Các phương án thay đất 12

Hình 1.5 Dùng vải địa kỹ thuật chịu lực để gia cố nền đất yếu 13

Hình 1.6 Nền đường gia cố bằng cọc kết hợp vải địa kỹ thuật 14

Hình 1.7 Mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu 16

Hình 1.8 Mặt cắt dọc đường dẫn được xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc 16

Hình 1.9 Đường dẫn vào cầu Xà No xử lý tốt bằng sàn giảm tải 17

Hình 1.10 Thi công đóng cọc sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu 18

Hình 1.11 Thi công Sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu 18

Hình 1.12 Hiện tượng lún và lún lệch ở cầu Cái Tắc - TP Cần Thơ 19

Hình 1.13 Đường dẫn đầu cầu Trà Niền - TP Cần Thơ bị trượt ngang 19

Hình 1.14 Sụt lún ở đầu cầu Đất Sét - Hậu Giang 19

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG SÀN GIẢM TẢI VÀ HỆ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP Bảng 2.1 Cấp độ bền tối thiểu của bê tông làm cọc 22

Bảng 2.2 Hệ số uốn dọc φ 23

Bảng 2.3 Hệ số φ theo Jacobson 24

Bảng 2.4 Bảng xác định hệ số ktc 24

Hình 2.2 Phân bố ứng suất dưới đáy móng 34

Bảng 2.6 Độ lún cho phép còn lại tại tim đường sau khi thi công xong áo đường 34 Bảng 2.7 Xác định trị số k 36

Hình 2.3 Sơ họa diễn biến lún cắt dọc đường dẫn vào cầu 37

Bảng 2.8 Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường TCVN 4054:2005 39 Bảng 2.9 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc 40

Bảng 2.10 Độ dốc ngang các yếu tố mặt cắt ngang 40

Hình 2.4 Sơ đồ tính lún sàn giảm tải trên hệ cọc theo lớp phân tố 41

Hình 2.5 Đường cong nén của đất 42

Hình 2.6 Xác định E0 hoặc E50 từ thí nghiệm 3 trục thoát nước 43

Hình 2.7 Cách xác định h và b 45

Chương 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU MASPERO, TỈNH SÓC TRĂNG Hình 3.1 Vị trí công trình 46

Hình 3.2 Mặt cắt dọc đoạn đường dẫn vào cầu được đắp cao 53

Hình 3.3 Mặt cắt ngang mố cầu 54

Hình 3.4 Mặt bằng móng cọc mố cầu 55

Bảng 3.1 Bảng tính toán độ lún của mố cầu theo tổng phân tố 57

Bảng 3.2 Bảng tính toán ma sát bên đơn vị 61

Bảng 3.3 Bảng tính toán độ lún của hệ cọc dưới sàn giảm tải cầu theo tổng phân tố 64

Bảng 3.4 Số liệu đầu vào của các lớp đất 66

Bảng 3.7 Mô tả các trường hợp tính toán 67

Hình 3.5 Mô hình bài toán 2D 68

Hình 3.6 Mô hình bài toán 3D 68

Hình 3.7 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 6,66 cm 69

Hình 3.8 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 9,33 cm 69

Hình 3.9 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 6,25 cm (lún ít hơn 0,41 cm so với Trường hợp 1) 70

Hình 3.10 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 8,78 cm (lún ít hơn

0,55 cm so với Trường hợp 1) 70

Hình 3.11 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 11,75 cm 71

Hình 3.12 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 16,24 cm 71

Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả các trường hợp tính toán theo phương ngang cầu 72

Hình 3.13 Biểu đồ so sánh chuyển vị thẳng đứng của sàn giảm tải TH1 và TH2 72

Hình 3.14 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 7,1 cm 73

Hình 3.15 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường giai đoạn thi công xong mặt đường và có tải là 3,45 cm 73

Hình 3.16 Biểu đồ so sánh độ lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu 74

Hình 3.17 Chuyển vị đứng của sàn giảm tải ở 2 mô hình 74

Bảng 3.9 Các thông số của sàn giảm tải 74

Bảng 3.10 Mô tả các trường hợp tính toán đoạn giáp mố cầu 75

Hình 3.18 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 8,68 cm 75

Hình 3.19 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 8,50 cm 76

Bảng 3.11 Tổng hợp kết quả các trường hợp tính toán theo phương ngang cầu đối với đoạn giáp mố cầu 76

Hình 3.20 Biểu đồ so sánh chuyển vị thẳng đứng của sàn giảm tải 76

Bảng 3.12 Thông số tính toán cọc bê tông cốt thép 77

Bảng 3.13 Mô tả các trường hợp tính toán đoạn giáp mố cầu 77

Hình 3.21 Biến dạng thẳng đứng lớn nhất của nền đường là 9,26 cm 77

với đoạn giáp mố cầu 78 Hình 3.23 Biểu đồ so sánh chuyển vị thẳng đứng của sàn giảm tải 78

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU ĐƯỢC ĐẮP CAO 4

1.1 Đất yếu và các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu 4

1.1.1 Giới thiệu 4

1.1.2 Các yêu cầu khi thiết kế nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu 4

1.1.3 Các vấn đề về ổn định 5

1.1.3.1 Những phá hoại quan sát được thường có hai dạng 6

1.1.3.2 Sự phát triển của các hư hỏng 7

1.1.4 Các vấn đề về biến dạng 7

1.1.5 Các vấn đề ảnh hưởng của nền đắp cao đến công trình cầu 8

1.1.5.1 Lý do đường vào cầu đắp cao 8

1.1.5.2 Các tác hại do trượt 8

1.1.5.3 Các tác hại do lún 9

1.2 Những biện pháp thông dụng để xử lý nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu hiện nay 10

1.2.1 Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi 10

1.2.2 Sử dụng bấc thấm, giếng cát 11

1.2.3 Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vải địa kỹ thuật [3] 11

1.2.4 Cọc bêtông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật 14

1.2.5 Giải pháp sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu 15

1.3 Một số công trình xây dựng nền đường dẫn vào cầu tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long 17

1.4 Nhận xét 20

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SÀN GIẢM TẢI KẾT HỢP CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU 21

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc bê tông cốt thép 21

2.1.1 Sức chịu tải của cọc đơn 22

2.1.1.1 Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu 22

2.1.1.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền 24

2.1.1.3 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên hiện trường 27

2.1.2 Xác định số lượng cọc 32

2.1.3 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc 32

2.1.4 Ước lượng độ lún của móng cọc 32

2.1.4.1 Xác định kích thước khối móng quy ước 32

2.1.4.2 Kiểm tra ổn định nền dưới đáy khối móng quy ước 33

2.1.4.3 Kiểm tra độ lún của khối móng quy ước 33

2.1.5 Độ lún của móng cọc đài bè 35

2.2 Cơ sở lý thuyết sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu 36

2.2.1 Lý thuyết cơ bản về xử lý lún lệch 36

2.2.2 Xác định chiều dài cần thiết và độ dốc dọc của đường dẫn vào cầu 38

2.2.3 Tính toán độ lún của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép 41

2.3 Tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), sử dụng phần mềm Plaxis [7] 42

2.3.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn 42

2.3.2 Mô hình Mohr-Coulomb 43

2.4 Nhận xét 45

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU

MASPERO, TỈNH SÓC TRĂNG 46

3.1 Mô tả công trình 46

3.1.1 Giới thiệu chung [8] 46

3.1.2 Đặc điểm bố trí công trình 47

3.1.2.1 Địa hình 47

3.1.2.2 Thủy văn 47

3.1.2.3 Địa chất [9] 48

3.2 Biện pháp xử lý nền đường dẫn vào cầu 52

3.3 Xác định độ lún của mố cầu 54

3.3.1 Số liệu tính toán 54

3.3.2 Độ lún mố cầu 56

3.4 Phân tích nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng sàn giảm tải trên nền cọc BTCT theo phương pháp cân bằng giới hạn 58

3.4.1 Số liệu tính toán (tính cho trường hợp đắp cao 2m vị trí giáp mố cầu) 58 3.4.2 Độ lún của hệ cọc dưới sàn giảm tải 60

3.5 Phân tích bài toán bằng phần tử hữu hạn 66

3.5.1 Các thông số địa chất 66

3.5.2 Các thông số về sàn BTCT và cọc BTCT 67

3.5.3 Mô hình tính toán: 68

3.5.4 Kết quả tính toán: 69

3.5.4.1 Trường hợp 1 – Tính toán theo phương ngang cầu: Đắp trên nền xử lý sàn giảm tải trên hệ cọc BTCT 25x25cm, L=22m (đoạn giáp mố cầu) 69

3.5.4.2 Trường hợp 2 – Tính toán theo phương ngang cầu: Đắp trên nền xử lý sàn giảm tải trên hệ cọc BTCT 25x25cm, L=22m (đoạn cuối sàn giảm tải) 70 3.5.4.3 Trường hợp 3 – Tính toán theo phương dọc cầu: Đắp trên nền xử lý sàn giảm tải trên hệ cọc BTCT 25x25cm, L=22m 71

3.5.4.4 Trường hợp 4 – Tính toán theo mô hình 3D Tunel: Đắp trên nền xử

lý sàn giảm tải trên hệ cọc BTCT 25x25cm, L=22m 73

3.5.4.5 Trường hợp 5 – Tính toán theo mô hình 3D Tunel: Mố cầu trên hệ cọc BTCT 40x40cm, L=42m 73

3.5.4.6 So sánh chuyển vị của sàn giảm tải các giai đoạn ở 2 mô hình 74

3.6 Phân tích đối với 3 trường hợp thay đổi kích thước sàn giảm tải và cọc bê tông cốt thép bê tông cốt thép 74

3.6.1 Sàn giảm tải bê tông cốt thép 74

3.6.1.1 Các thông số sàn giảm tải bê tông cốt thép 74

3.6.1.2 Kết quả tính toán 75

3.6.2 Cọc bê tông cốt thép 77

3.6.2.1 Các thông số cọc bê tông cốt thép 77

3.6.2.2 Kết quả tính toán 77

3.7 NHẬN XÉT 79

3.7.1 Phân tích theo phương pháp cân bằng giới hạn 79

3.7.2 Phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn 79

3.7.2.1 Đối với trường hợp tính toán theo phương ngang cầu 79

3.7.2.2 Đối với trường hợp tính toán theo phương dọc cầu 79

3.7.2.3 Đối với trường hợp tính toán theo mô hình 3D 80

3.7.2.4 Đối với trường hợp thay đổi kích thước sàn giảm tải và cọc bê tông cốt thép .80

3.7.2.5 Chuyển vị của sàn giảm tải các giai đoạn ở 2 mô hình 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay để kịp với tốc độ phát triển kinh tế xã hội của đất nước, nhà nước

đã đầu tư khá lớn vào phát triển cơ sở hạ tầng, trong đó nhiều cây cầu lớn đã và đang được xây dựng Đa số các cầu này được xây dựng trên nền đất yếu, với địa chất phức tạp Một vấn đề cần phải quan tâm là phần lớn các đường vào cầu đều đắp cao trên nền đất yếu, nên việc xử lý nền đường là rất quan trọng

Trong 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

Tuy nhiên, thực trạng trong thời gian qua cho thấy, tuyến đường dẫn vào cầu của một số công trình vừa được hoàn thành và đưa vào khai thác sử dụng một thời gian thì đã xuất hiện tình trạng lún lệch tại các vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu, làm cho xe khi lưu thông với tốc độ cao ngang qua các vị trí này sẽ bị xóc mạnh Độ xóc này ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề an toàn và tâm lý cho người lái

và hành khách trên xe, ngoài ra nó còn là nguyên nhân dẫn đến tai nạn bất ngờ nếu không giảm tốc độ khi lưu thông qua vị trí này Mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ lún lệch nhiều hay ít tại mỗi vị trí tiếp giáp

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

độ tổn thất do vấn đề này gây ra Đã có nhiều công trình nghiên cứu, đưa ra giải pháp xử lý, song vẫn chưa khắc phục được vấn đề này một cách triệt để

Do vậy, để đảm bảo khả năng khai thác đường dẫn vào cầu một cách hiệu quả thì việc nghiên cứu bảo đảm chuyển tiếp hài hòa giữa nền đường và mố cầu là một việc cần thiết và cấp bách Đó là lý do tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng giải pháp sàn giảm tải kết hợp cọc bê tông cốt thép cho đường đắp cao vào cầu Maspero, tỉnh Sóc Trăng” Nội dung của luận văn đi sâu tìm hiểu nguyên nhân, bản chất hiện tượng và đề nghị phương pháp xử lý lún không đều tại các đoạn chuyển tiếp giữa đường dẫn và cầu trên đường

2 Mục tiêu nghiên cứu

 Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến sự chênh lệch lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu;

 Phân tích giải pháp giảm chênh lệch lún giữa sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép và mố cầu từ đó đưa ra được các lựa chọn thích hợp để thiết kế và ước lượng độ lún của nền đường theo thời gian

3 Phương pháp nghiên cứu

 Phân tích Cơ sở lý thuyết, đánh giá về phương pháp sàn giảm tải trên hệ cọc, ứng dụng tính toán bằng phần mềm và áp dụng bài toán thực tế cho công trình đường dẫn vào cầu Maspero, tỉnh Sóc Trăng;

 Phân tích mô phỏng công trình bằng phần mềm Plaxis

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đưa ra giải pháp khắc phục tình trạng lún không đều tại vị trí đường dẫn vào cầu Xác định chiều dài đoạn đường dẫn vào cầu cần thiết để gia cố, chiều sâu cần gia cố, giải pháp thi công cho công trình

Phương pháp này phù hợp cho các công trình nền đắp cao trên đất yếu, đặc biệt là địa chất của vùng ĐBSCL và mong rằng phương pháp này sẽ được sử dụng phổ biến ở nước ta trong thời gian sắp tới

Khắc phục được sự chênh lệch lún giữa nền đường hai bên đầu cầu và mố cấu bằng giải pháp hợp lý mang lại hiệu quả ổn định lâu dài, kinh tế so với các phương pháp xử lý khác hiện nay

5 Hạn chế của đề tài

Chưa đề cập đến ảnh hưởng của các tác nhân như độ mặn, độ PH, độ rỗng của đất gây ảnh hưởng đến chất lượng của cọc trong quá trình thi công, cũng như trong quá trình sử dụng lâu dài

Chưa cập nhật đầy đủ các nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới về vấn đề này để so sánh, đánh giá và đưa ra kiến nghị phù hợp với thực tế hơn

Do thời gian có hạn nên tác giả chưa chứng minh bằng các kết quả tính toán thuyết phục về sự vượt trội của giải pháp sàn giảm tải kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép so với giải pháp khác Tác giả chỉ kế thừa các phân tích, so sánh giữa các giải pháp trên thông qua các kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đi trước và đi sâu phát triển giải pháp sàn giảm tải kết hợp hệ cọc bê tông cốt thép để khắc phục sự cố cho công trình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU ĐƯỢC ĐẮP CAO 1.1 Đất yếu và các vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu

1.1.1 Giới thiệu

 Nền đắp là một trong những loại công trình phổ biến thường gặp, khối lượng đất đắp cao là những nguyên nhân gây lún ở các công trình, đặc biệt là những công trình trên nền đất yếu;

 Đất yếu là các loại đất có sức chống cắt nhỏ và tính biến dạng (ép lún lớn), 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;

 Hiện nay hiện tượng lún lệch nền đường dẫn vào cầu và mố cầu gần như xuất hiện ở các công trình cầu trên nền đất yếu, việc xử lý hậu quả do những hư hỏng vì nền đường đắp bị biến dạng không kiểm soát được thường rất phức tạp và tốn kém, đôi khi cũng gây ra những hậu quả không mong muốn;

 Nguyên nhân gây ra hiện tượng lún 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 lệch cao giữa mặt đường và bản quá độ của công trình cầu

1.1.2 Các yêu cầu khi thiết kế nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu

 Nền đắp trên đất yếu phải bảo đảm ổn định, không bị lún trồi hay trượt sâu trong suốt quá trình thi công đắp nền và cả trong quá trình khai thác sử dụng sau này Nói cách khác là phải tránh gây ra sự phá hoại trong nền đất yếu trong và sau khi thi công làm hư hỏng nền đắp cũng như các công trình xung quanh, tức là phải bảo đảm cho nền đường luôn ổn định;

 Theo “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN262-2000” thì hệ số ổn định Kmin=1,4 khi nghiệm toán ổn định do trượt sâu theo phương pháp Bishop, Kmin=1,2 khi nghiệm toán ổn định do trượt sâu theo phương pháp phân mảnh cổ điển của nền đường xây dựng theo từng giai đoạn; [1]

 Phải xác định độ lún Khi độ lún lớn mà không xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì có thể làm nền đắp biến dạng nhiều, không đáp ứng được yêu cầu

 Theo 22TCN 262-2000 thì độ lún tổng cộng tính với thành phần: Si (lún tức thời) và Sc (lún cố kết), cụ thể như sau [1]:

S = S1 + S2 + S3, trong đó:

S1 – độ lún tức thời

S2 – độ lún cố kết sơ cấp do thoát nước lỗ rỗng

S3 – độ lún cố kết thứ cấp do thoát nước liên kết trong hạt đất

 Phần độ lún cố kết còn lại cho phép tại tim nền đường sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường đoạn gần mố cầu trên nền đất yếu được cho phép như sau:

 Đường cao tốc và đường cấp 80: < 10cm;

 Đường cấp 60 trở xuống có lớp mặt cấp cao: < 20cm

1.1.3 Các vấn đề về ổn định

 Khi đắp nền đường trên đất yếu thì sẽ gây ra ứng suất trong đất Nếu ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó, phụ thuộc vào các tính chất cơ học

của đất, thì nền đất yếu sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều

và lún đột ngột, cùng với sự lún sụp của nền đắp, nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên tương ứng;

 Nếu nền đắp nhanh với khối lượng lớn sẽ làm cho áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất nền tăng đột ngột, dẫn đến sức chống cắt của đất nền giảm, gây

Hình 1.1 Nền đất yếu bị trượt trồi

 Phá hoại do trượt sâu

 Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thông thường của nền đắp Một cung trượt tròn sinh ra do nền đắp bị lún cục bộ, ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi;

 Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp Để tính toán, trong các trường hợp đơn giản nhất thường xem đường phá hoại tương tự một đường cong tròn và sự trượt được gọi là trượt tròn;

 Khi nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 3 lần chiều cao đất đắp cần phải kiểm tra sự phá hỏng do trượt sâu qua cả nền đắp và nền đất yếu

Hình 1.2 Nền đất yếu bị trượt sâu

1.1.3.2 Sự phát triển của các hư hỏng

 Sự phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp nền đường quá cao là một hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong quá trình thi công hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn;

 Qua quan sát các công trình thực tế, tác giả nhận thấy sự phá hoại do các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần

ra một biến dạng của nền mặt đường

 Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thẳng đứng, tỉ số giữa hai chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào kích thước hình học của nền đắp và chiều dày của đất yếu,…

 Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và

sự có mặt của các lớp thoát nước

 Độ lún khác nhau ở chỗ nối tiếp giữa nền đường đắp trên đất yếu và mố cầu đặt trên móng cọc sâu tựa trên nền cứng không lún thường tạo nên bậc cấp lớn hoặc một chỗ gẫy, ảnh hưởng rất xấu đến việc lưu thông

1.1.5 Các vấn đề ảnh hưởng của nền đắp cao đến công trình cầu

1.1.5.1 Lý do đường vào cầu đắp cao

 Công trình cầu vượt sông hay cầu vượt trên cạn thường phải đảm bảo tĩnh không dưới cầu lớn Nên đường dẫn vào cầu luôn phải đắp cao dần để chuyển tiếp

từ cao độ đường đắp bình thường đến cao độ mặt cầu;

 Tùy vào cấp quản lý và cấp thiết kế mà chiều dài đường vào cầu thay đổi khác nhau, nhưng so với chiều dài toàn tuyến thì đây chỉ là một phạm vi ngắn; và ta thường phải xử lý nền đất yếu bên dưới bằng nhiều phương pháp gia cố tùy theo chiều cao đất đắp, sao cho vừa đảm bảo kỹ thuật, tính khả thi vừa mang tính kinh tế cao

1.1.5.2 Các tác hại do trượt

 Sự phá hoại của đất nền thiên nhiên dưới nền đắp và trong các lớp đất nền lân cận gây nên các chuyển động lớn và nhanh Các chuyển động này làm cho nền đắp bị lún và đất nền thiên nhiên xung quanh bị trồi lên rất nhiều;

 Khi đắp càng cao thì áp lực ngang của đất tác dụng lên mố càng tăng, chuyển vị ngang của mố về phía sông càng tăng;

 Hậu quả của các biến dạng này thường làm nghiên hoặc lật mố, phá hoại các công trình chìm trong đất và gây hư hỏng nền và móng công trình

1.1.5.3 Các tác hại do lún

 Hiện tượng lún thường sinh ra nhiều vấn đề hơn so với các vấn đề liên quan đến sự ổn định nền đất, song việc bố trí kết cấu lại thường chỉ chú trọng việc chống trượt còn các tác hại do lún của nền đường vào cầu lại thường xem nhẹ hoặc chưa xác định;

 Tình hình này thường gặp ở các phạm vi tiếp giáp giữa công trình nền đường vào cầu và kết cấu mố trên hệ móng cọc;

 Việc đắp cao đường vào cầu một cách liên tục sẽ gây ra độ lún rất lớn cho nền đất yếu, làm võng nền đường và tăng ứng suất tác dụng lên cọc;

 Các chuyển động thẳng đứng và nằm ngang của đất sẽ sinh ra các tác dụng khác nhau lên công trình theo sơ đồ sau:

Hình 1.3 Sơ đồ các lực gây ra trên cọc do sự biến dạng của nền đất yếu

 Do sự liên kết giữa đất và cọc, khi đất lún nó sẽ ma sát dọc theo cọc và kéo cọc xuống dưới Hiện tượng này được gọi là ma sát âm;

 Các chuyển động nằm ngang của đất sinh ra các lực đẩy lên cọc dẫn đến các chuyển động uốn cần phải xét đến trong tính toán Nếu không có thể làm gãy cọc hoặc làm chuyển vị mố cầu

1.2 Những biện pháp thông dụng để xử lý nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu hiện nay

Đoạn nền đường vào cầu thường đắp cao hơn nhiều so với các đoạn đắp bình thường, nhưng phạm vi ngắn nên ta thường phải sử dụng những biện pháp xử lý nền phức tạp hơn để đảm bảo tính ổn định và tính lún cho nền đường Tùy theo chiều cao đất đắp và địa chất công trình mà ta có những biện pháp xử lý nền thích hợp

1.2.1 Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi

 Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng vôi, ximăng 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 cọc trộn đất với vôi sống hoặc với ximăng 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–vôi hoặc đất–ximăng 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 cọc tăng độ bền hơn trước;

 Cọc đất trộn ximăng hoặc vôi là loại cọc mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự nhiên Tuy nhiên hỗn hợp đất–vôi hoặc đất–ximăng 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 cọc đất trộn ximăng hoặc vôi có thể áp dụng trong các vùng đất bùn yếu, có hệ số thấm bé không áp dụng được các loại cọc vật liệu rời [2]

 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;

 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 cọc 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

1.2.2 Sử dụng bấc thấm, giếng cát

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

1.2.3 Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vải địa kỹ thuật [3]

 Khi nền đất sét hoặc cát rời có sức chịu tải bé và biến dạng lớn không đủ khả năng gánh chịu tải trọng công trình, vùng biến dạng dẻo phát triển sâu hơn 25%

bề rộng móng hoặc rộng hơn 50% bề rộng đáy công trình với móng công trình đất đắp, cần phải thay lớp đất ấy bằng vật liệu rời nhằm đảm bảo khả năng làm việc của nền công trình;

 Việc thay đất là đào bỏ đất xấu để thay bằng đất tốt và đầm chặt Việc thay đất này sẽ khó khăn hơn khi thi công dưới nước (trường hợp thường gặp với than bùn) và thực tế chỉ giới hạn với các chiều sâu đến vài mét Mặt khác việc thay đất cũng ảnh hưởng đến môi trường (phải tìm nơi lấy đất và nơi đổ đất);

 Việc thay thế toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu có cường độ cao hơn và ít biến dạng hơn sẽ khắc phục được toàn bộ hoặc một phần các vấn đề

về lún và ổn định

Hình 1.4 Các phương án thay đất

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

 Phạm vi áp dụng:

 Khi lớp đất yếu dưới nền đường có chiều dày nhỏ;

 Khi thời hạn đưa công trình vào sử dụng là rất ngắn;

 Khi cao độ thiết kế gần với cao độ thiên nhiên, không thể đắp nền đường

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

 Để tính kích thước hợp lí nhất của phần đất đào bỏ đi cần xét đến các điểm sau:

 Về mặt kinh tế: Chỉ đào toàn bộ lớp đất yếu khi chiều dày từ 2m trở xuống, thường thì giá thành đào thay đất xấp xỉ giá thành làm cọc cát, tuy nhiên giải quyết được thời gian thi công;

 Về chiều rộng thay đất: Cần được xác định có xét đến khả năng mất ổn định của phần đất yếu còn lại trong khi thi công;

 Khi chiều dày lớp đất yếu khá lớn, về mặt kinh tế không thể thay toàn bộ lớp đất yếu Do đó một trong những biện pháp xử lý là đào bỏ một phần đất yếu và trải vải địa kỹ thuật rồi mới đắp tiếp nền đường phía trên

 Giải pháp dùng vải địa kỹ thuật (geotextile): Sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định của nền đất đắp trên đất yếu khi độ ổn định tổng thể của

nó nhỏ Nhiều chủng loại vải địa kỹ thuật với các thông số khác nhau thích hợp cho từng mục đích thực tế trong việc xử lý nền đất yếu, ổn định mái dốc

 Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa lớp đất yếu và nền đất đắp, ma sát giữa đất đắp và mặt trên của vải sẽ tạo được một lực giữ khối trượt F Nó làm tăng khả năng chống trượt của khối đất trượt và nhờ đó mức ổn định tổng thể của nền đắp sẽ tăng lên

Hình 1.5 Dùng vải địa kỹ thuật chịu lực để gia cố nền đất yếu

 Phạm vi áp dụng:

 Thích hợp khi độ lún còn lại của công trình  30 cm;

 Có thể thay thế lớp vải địa kỹ thuật bằng lưới địa kỹ thuật Loại này có cường độ cao hơn vải địa kỹ thuật và có cấu tạo lỗ mắt cáo làm tăng sức cài chặt giữa vật liệu với đất Nguyên nhân chính dẫn đến những hư hỏng của phần lớn các đoạn đường đắp trên đất yếu hiện nay là do nền đất đắp bị lún nhiều và lún không đều

1.2.4 Cọc bêtông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật

 Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu cọc giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống cọc và ổn định trượt cho mái taluy Cọc bê tông cốt thép 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 cọc, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể

Hình 1.6 Nền đường gia cố bằng cọc kết hợp vải địa kỹ thuật

 Ưu điểm:

 Biện pháp thi công đơn giản và rút ngắn thời gian thi công đáng kể;

 Khắc phục được biến dạng lún của đất nền cũng như đảm bảo ổn định trượt ngang của nền đắp cao;

 Cho phép thoát nước tự do thấm từ nền đắp bên trên xuống nền đường bên dưới và ngược lại;

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

 Công nghiệp hóa trong việc chế tạo và thi công cọc

 Nhược điểm:

 Chi phí tương đối cao;

 Đối với các vùng không có tầng đất tốt bên trên hoặc đất chịu áp lực ngang do các nguyên nhân khách quan thì khả năng dịch chuyển ngang của đầu cọc rất khó khống chế, làm thay đổi sơ đồ làm việc của cọc;

 Khi thi công trực tiếp trên đất yếu sẽ không ưu việt bằng phương pháp khác

 Phạm vi áp dụng:

 Thích hợp cho công trình nâng cấp cải tạo nền đường đắp cao trong khu vực nội thành;

 Các khu vực cục bộ cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài centimet

1.2.5 Giải pháp sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu

 Đoạn nền đường dẫn vào cầu thường đắp cao hơn nhiều so với các đoạn đắp của nền đường, nhưng chiều dài ngắn nên phải sử dụng những biện pháp xử lý nền phức tạp hơn để đảm bảo tính ổn định và tính lún cho nền đường, giảm hư hỏng cho nền

 Đối với các công trình có tải trọng đắp lớn thì việc sử dụng sàn giảm tải là biện pháp thích hợp để giảm sự chênh lệch lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu, tăng tính ổn định cho công trình, giảm sự phá hoại kết cấu áo đường, tạo sự thoải mái khi lưu thông xe trên đường

Hình 1.7 Mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu

Hình 1.8 Mặt cắt dọc đường dẫn được xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc

 Ưu điểm:

 Công trình có chiều sâu lớp đất yếu dưới nền thiên nhiên lớn;

 Độ tin cậy cao, ổn định lâu dài;

 Biện pháp thi công đơn giản, rút ngắn được thời gian xử lý nền;

 Khắc phục được sự biến dạng lún tổng thể và giảm biến dạng lún không đồng đều của đất nền, đảm bảo ổn định trượt ngang của nền đắp cao;

 Công nghiệp hoá trong việc chế tạo và thi công cọc

 Nhược điểm:

 Chi phí tương đối cao;

 Ngăn cản sự thoát nước từ nền đắp bên trên xuống các lớp địa chất bên dưới và ngược lại trong nền đường

1.3 Một số công trình xây dựng nền đường dẫn vào cầu tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long

 Công trình cầu Cái Răng, cầu Đầu Sấu nằm trên tuyến Quốc lộ 1A; cầu Gạch Ngỗng thuộc địa bàn thành phố Cần Thơ;

 Cầu Mỹ Thuận: Thuộc địa bàn tỉnh Vĩnh Long và tỉnh Tiền Giang, nằm trên Quốc lộ 1A, được xây dựng qua sông Tiền, Cầu có chiều dài L=1535m, khổ cầu 24m, chiều dài đường dẫn thiết kế khoảng 160m Theo số liệu quan trắc lún hiện nay mức độ lún lệch đường dẫn đầu cầu không đáng kể;

 Công trình Cầu Cần Thơ: Cầu bắc qua Sông Hậu nối thành phố Cần Thơ

và tỉnh Vĩnh Long, là cầu dây văng có nhịp chính dài nhất tại khu vực Đông Nam

Á Cầu có chiều dài 2.750m (toàn tuyến 15.850m), khổ cầu rộng 23,1m, trong đó có bốn làn xe và hai lề bộ hành;

Hình 1.9 Đường dẫn vào cầu Xà No xử lý tốt bằng sàn giảm tải

Hình 1.10 Thi công đóng cọc sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu

Hình 1.11 Thi công Sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu

 Bên cạnh những công trình xây dựng thành công đường dẫn vào cầu thì có một số công trình xây dựng không thành công đường dẫn vào cầu bị lún

Hình 1.12 Hiện tượng lún và lún lệch ở cầu Cái Tắc - TP Cần Thơ

Hình 1.13 Đường dẫn đầu cầu Trà Niền - TP Cần Thơ bị trượt ngang

Hình 1.14 Sụt lún ở đầu cầu Đất Sét - Hậu Giang

1.4 Nhận xét

 Có nhiều nguyên nhân gây lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu, một trong những nguyên nhân quan trọng là nền đắp cao trên nền đất yếu Hiện nay có nhiều giải pháp để xử lý nền đất yếu, mỗi biện pháp xử lý đều có ưu nhược điểm riêng, tùy theo điều kiện địa chất, vị trí địa lý, điện kiện kinh tế kỹ thuật mà ta có những biện pháp xử lý nền thích hợp;

 Đối với các công trình đắp cao, cần hệ số tin cậy cao, độ ổn định lâu dài thì sử dụng biện pháp xử lý nền bằng sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép là phù hợp, vì tận dụng được nền đường hiện hữu mà vẫn đảm bảo yêu cầu chặt chẽ về

độ lún của công trình, đảm bảo tiến độ thi công, diện tích sử dụng đất không nhiều, không làm ảnh hưởng đến công trình lân cận, đảm bảo khả năng lưu thông khi thi công và giải quyết triệt để vấn đề lún phù hợp

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SÀN GIẢM TẢI KẾT HỢP CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc bê tông cốt thép

 Theo quy phạm thiết kế móng cọc thì móng cọc và nền móng cọc được tính theo các trạng thái giới hạn sau đây:

 Trạng thái giới hạn I (TTGH I) – theo cường độ:

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

 Độ bền của vật liệu làm cọc và đài cọc;

 Độ ổn định của cọc và móng

 Trạng thái giới hạn II (TTGH II) – biến dạng:

 Độ lún móng cọc;

 Chuyển vị ngang của cọc và móng cọc;

 Ngoài ra, trong thiết kế móng cọc cần lưu ý thêm:

 Khi trong nền đất dưới mũi cọc có lớp đất yếu thì cần phải kiểm tra sức chịu tải của lớp này để đảm bảo điều kiện làm việc tin cậy của cọc;

 Khi cọc làm việc trong đài cao hoặc cọc dài và mảnh xuyên qua lớp đất nếu có sức chịu tải nhỏ hơn 50kPa (hoặc sức chống cắt thoát nước nhỏ hơn 10kPa) thì cần kiểm tra lực nén cực hạn của thân cọc;

 Khi cọc nằm ở sườn dốc, mép biên cạnh hố đào cần kiểm tra tính ổn định của các cọc và móng Nếu có yêu cầu nghiêm ngặt đối với chuyển vị ngang, phải kiểm tra chuyển vị ngang