Nghiên cứu ổn định và biến dạng của đường cấp 80 và 60 dẫn vào cầu đắp cao trên đất yếu khu vực an phú an khánh quận 2 tp hồ chí minh

Do đó, đề tài “ Nghiên cứu ổn định và biến dạng của đường cấp 60 dẫn vào cầu đắp cao trên đất yếu khu vực An Phú – An Khánh ’’ nhằm đưa ra những phương pháp lựa chọn về cấu tạo, cũng như

Xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô ở khoa Kỹ thuật Xây dựng, phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa TPHCM đã hết lòng giảng dạy, hướng dẫn và hỗ trợ tận tình trong suốt khoá học

Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, động viên khích lệ và giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè và đồng nghiệp

Trên hết, xin gửi lời tri ân sâu sắc nhất đến gia đình tôi, những người đã động viên

và giúp đỡ tôi về mọi mặt để có thể hoàn thành luận văn này

Người thực hiện luận văn

TRƯƠNG ĐẠI NGH ĨA

TÓM TẮT

Xuất phát từ việc các công trình cầu đường vừa đưa vào sử dụng đã gặp phải sự cố nghiêm trọng, nhất là ở đoạn đường dẫn vào cầu Cũng như trong quá trình thi công nền đường đắp cao trên nền đất yếu có chiều dày lớn vẫn hay gặp tình trạng nền đường bị phình trồi ra 2 bên ta luy và mố cầu bị đẩy trồi ra dòng sông Do đó, đề tài “ Nghiên cứu ổn định và biến dạng của đường cấp 60 dẫn vào cầu đắp cao trên đất yếu khu vực An Phú –

An Khánh ’’ nhằm đưa ra những phương pháp lựa chọn về cấu tạo, cũng như các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng nền đường tối ưu để hạn chế các sự cố nêu trên Một

số kết quả thu được từ luận văn :

− Đối với nền đất yếu có chiều dày không quá 3m ta sử dụng biện pháp gia cố nền đất yếu bằng đệm cát sẽ hiệu quả hơn

− Bệ phản áp không làm gia tăng tốc độ lún cố kết, biện pháp này chỉ làm tăng cường độ

ổn định nền đường trong quá trình thi công lẫn quá trình khai thác

− Giếng cát, bấc thấm thích hợp đối với nền đất yếu chiều dày lớn hơn bề rộng đáy nền đường

− Để đảm bảo độ ổn định nền đường trong suốt quá trình thi công cũng như quá trình khai thác tốc độ lún tại tim nền đường không vượt quá 10mm/ngày đêm Tốc độ chuyển vị ngang của các cọc quan trắc đóng ở 2 bên nền đắp không vượt quá 5mm/ngày đêm

− Càng xuống sâu dưới nền đắp độ lún càng giảm dần

ABSTRACT

To proceed from some project bridge and road has just used happen problem, especially in section bridge path And in process built with a high filling and filled on soft soil in which the thickness of soft soil very large are often see problem road – base fill out and resurface to side slope and Abutement push back the river Thus, the content

of thesis “ A study on the stability and deformation of road level 60 road path high filling on soft soil area An Phu – An khanh district 2, HCM city ’’will be bring method choice about structural road , conculation method about Stability and deformation to limit this problem

Some of result of this thesis :

− With soft soil have got thick smaller three meter, we use the suitable solution soft soil basement by sandy buffer

− Anti pressure no increase speed consolidate subsidence, this method only make increase stability strength of road basement in construct life and design life

− Sandy drained and PVDs are suitable with soft soil which thickness larger than road basement width

− Road basement will be stability better during construct time and using time when subsidence speed at center of road smaller ten millimetter per day night, horizontal displacement speed of survey steel piles at two side slope smaller five millimetter per day night

− More deep down under soft soil, subsidence will be decrease

MỤC LỤC

PHẦN A : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .1

PHẦN MỞ ĐẦU .2

I ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

II PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI 2

III GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2

PHẦN I : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP CAO TRÊN ĐẤ YẾU Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 4

1.1 Các hiện tượng sự cố về đường dẫn vào cầu và các công trình tương tự ở Việt Nam và thế giới 4

1.2 Sơ lược các nghiên cứu về ổn định và biến dạng của các tác giả trong và ngoài nước 8

1.3 Xác lập nhiệm vụ nghiên cứu .10

PHẦN II : NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN .11

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ KHU VỰC AN PHÚ – AN KHÁNH QUẬN 2 TP HỒ CHÍ MINH 12

2.1 Khái niệm về đất yếu 12

2.1.1 Các đặc trưng cơ lý cơ bản của đất yếu 12

2.1.2 Các loại đất yếu thường gặp 12

2.1.3 Một số đặc điểm đất yếu 13

2.2 Khái quát về đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long 17

2.2.1 Cấu trúc địa chất đồng bằng Sông cửu Long .17

2.2.2 Sự phân bố các khu vực đất yếu ở đồng bằng Sông cửu Long .18

2.3 Khái quát về đất yếu khu vực Tp.Hồ chí minh và tập trung vào địa chất ở An Phú – An Khánh quận 2 20

2.4 Thống kê các đặc trưng cơ bản phục vụ tính toán 22

2.5 Mặt cắt địa chất điển hình khu vực nghiên cứu .24

2.6 Kết quả tính toán các đặc trưng cơ lý các lớp đất 28

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP CAO TRÊN 5M VỚI CẤP 60 TRÊN ĐẤT YẾU Ở AN PHÚ – AN KHÁNH .30

3.1 Khái niệm chung 30

3.2 Các tiêu chuẩn liên quan đến đường cấp 3 .31

3.3 Các giải pháp gia cố nền đất yếu dưới nền đường đắp 33

3.4 Mặt cắt cấu tạo tiêu biểu cho đường dẫn vào cầu đắp cao 43

3.4.1 Mặt cắt cấu tạo theo phương án 1 : phương án kết hợp giữa giếng cát với bệ phản áp .43

3.4.2 Mặt cắt cấu tạo theo phương án 2 : phương án kết hợp giữa giếng cát với gia tải bằng đắp đất 47

3.4.3 Mặt cắt cấu tạo theo phương án 3 : phương án kết hợp giữa bấc thấm với gia tải bằng đắp đất 47

3.5 Giải pháp vật liệu cấu tạo khối đắp 47

3.5.1 Cấu tạo thân nền đắp 47

3.5.2 Độ dốc ta luy nền đường 47

3.5.3 Xác định vật liệu đắp nền đường cho công trình 51

3.5.4 Độ chặt của đất đắp nền đường 51

3.6 Xác định chiều cao đắp nền đường trên đất yếu 54

3.6.1 Chiều cao tối thiểu Hmin 54

3.6.2 Chiều cao tối đa Hmax .56

CHƯƠNG 4 : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP CAO 5M VỚI CẤP 60 TRÊN ĐẤT YẾU Ở AN PHÚ – AN KHÁNH QUẬN 2 58

4.1 Các khái niệm cơ bản về ổn định 58

4.2 Cơ sở lý thuyết đánh giá ổn định nền .60

4.2.1 Đánh giá ổn định nền đất yếu theo lý thuyết nền biến dạng tuyến tính .60

4.2.1.1 Tính toán ổn định theo tải trong an toàn qat 60

4.2.1.2 Đánh giá ổn định theo tải trọng cho phép 62

4.2.2 Đánh giá ổn định nền dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn Karlle Terzaghi (1925) 64

4.2.3 Đánh giá ổn định theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 68

4.2.3.1 Phương pháp W.FELLENIUS(Phương pháp phân mảnh cổ điển ) 68

4.2.3.2 Phương pháp A.W.BISHOP 70

4.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến cung trượt trụ tròn .71

4.2.5 Phương pháp W.FELLENIUS 71

4.2.5.1 Xét ảnh hưởng của áp lực thủy tỉnh 71

4.2.5.2 Xét ảnh hưởng của sức kháng cọc .72

4.2.5.3 Xét ảnh hưởng của cố kết không đồng bộ 75

4.2.5.4 Xét tác dụng vải địa kĩ thuật và lưới cừ tràm ngang .76

4.2.5.5 Xét tác dụng của hoạt tải 79

4.2.6 Phương pháp A.W.BISHOP 80

4.2.6.1 Xét ảnh hưởng của áp lực thủy tỉnh 80

4.2.6.2 Xét ảnh hưởng của sức kháng cọc 80

4.2.6.3 Xét ảnh hưởng của cố kết không đồng bộ 80

4.2.6.4 Xét tác dụng vải địa kĩ thuật và lười cừ tràm ngang .80

CHƯƠNG 5 : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP CAO 5M TRÊN ĐẤT YẾU Ở AN PHÚ – AN KHÁNH 81

5.1 Khái niệm cơ bản về lún 81

5.2 Phương pháp tính lún công trình đắp 81

5.2.1 Độ lún tức thời 82

5.2.2 Độ lún cố kết 83

5.2.2.1 Xác định vùng hoạt động Ha dưới nền đường đắp 83

5.2.2.2 Xác định độ lún ổn định theo thời gian(Giai đoạn cố kết thứ 1) 87 5.2.2.3 Xác định độ lún theo thời gian trong trường hợp thoát nước 2 chiều

khi có sử dụng giếng cát, bấc thấm thoát nước .90

5.2.3 Biến dạng từ biến do ứng suất pháp 93

5.2 Biến dạng từ biến do ứng suất cắt .97

CHƯƠNG 6: MỘT SỐ ỨNG DỤNG VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ CÁC CÔNG TRÌNH TƯƠNG TỰ 100

6.1 Phần số liệu tính toán 100

6.1.1 Số liệu tiêu biểu khu vực quận 2 và vùng phụ cận Tp.Hồ Chí Minh .100

6.1.2 Qui đổi tải trọng tác dụng lên nền đường ra chiều dày đất đắp .101

6.2 Nội dung tính toán .102

6.2.1 Tính toán ổn định và biến dạng công trình theo thuật toán giải tích .102

6.2.1.1 Kiểm toán điều kiện không cho phép lún trồi 103

6.2.1.2 Kiểm tóan điều kiện không cho phép trượt sâu 104

6.2.1.3 Tính toán thiết kế giải pháp bằng bấc thấm 105

6.2.2 Mô hình bài toán bằng phần mềm Slope/W và Plaxis 110

6.2.2.1 Giải bài toán ổn định bằng phần mềm Slope/W .110

6.2.2.2 Giải bài toán lún cố kết bằng phần mềm Plaxis 113

CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126

7.1 Kết luận 126

7.2 Kiến nghị 127

7.3 Các hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo 127

7.3.1 Các hạn chế của đề tài 127

7.3.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo .127

==========================›››››=========================

PHẦN A

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ

TÀI

PHẦN MỞ ĐẦU I- ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Dân cư phát triển gắn liền với vùng châu thổ các con sông lớn Nhu cầu xây dựng đường sá, nhà trung tầng, biệt thự và đặt biệt những cây cầu phục vụ cho nhu cầu phát triển của đồng bằng sông Cửu Long, vùng phụ cận TP Hồ Chí Minh và nhất là khu vực An Phú – An Khánh quận 2 là điều cần thiết Trong những năm gần đây, nước

ta đề ra mục tiêu “Hiện đại hoá công nghiệp hoá đất nước “ Cùng với các lĩnh vực khác, xây dựng cơ sở hạ tầng được đặt lên hàng đầu như là chiến lược để đạt được mục tiêu ấy các công trình hạ tầng cơ sở phải đạt được độ an toàn cần thiết Xây dựng Cầu đường ở vùng này đồng nghĩa với việc xây dựng công trình trên đất yếu Điều chú ý nhất ở việc xây dựng đường trên đất yếu là đường dẫn vào cầu Nơi đây chiều cao đắp rất cao so với các vị trí khác nên dễ gây nguy hiểm cho sự ổn định của talus và mố cầu

Do đó việc tìm ra các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng của đường dẫn vào

cầu đắp cao là điều không dễ dàng

II- PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI

1 Nghiên cứu cấu tạo hợp lý công trình đường dẫn vào cầu đắp cao tương ứng với các lớp đất có tính chất phức tạp (bùn sét nhão, cát ) ở An Phú – An Khánh, quận 2,

Tp Hồ Chí Minh mục đích đem lại hiệu quả kinh tế cũng như đảm bảo yêu cầu kỹ

thuật cho công trình

2 Nghiên cứu ổn định công trình đường dẫn vào cầu đắp cao theo hai phương pháp giải tích và bán giải tích

3 Nghiên cứu biến dạng công trình đường dẫn vào cầu đắp cao Tính toán biến dạng theo phương pháp giải tích và phần mềm Plaxis

III GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Công tác thí nghiệm về ổn định và biến dạng không đựơc thực hiện về sử gia

tăng lực dính C và góc ma sát ϕ do điều kiện và thời gian không cho phép

Do thời gian không cho phép nên tác giả chỉ nghiên cứu biến dạng theo phương ngang cầu, còn biến dạng theo phương dọc cầu ảnh hưởng đến hệ cọc mố tác giả chưa xét đến

Tác giả bỏ qua thiết kế kết cấu mặt đường, tải trọng động qui ra tỉnh tải

PHẦN I

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP CAO TRÊN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1 CÁC HIỆN TƯỢNG SỰ CỐ VỀ ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ CÔNG TRÌNH TƯƠNG TỰ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM:

Các công trình gặp sự cố ở Việt Nam :

 Chúng ta điều biết Cầu Bình Triệu 2 là một trong bốn cầu lớn vượt sơng Sài Gịn Cầu nằm phía đơng bắc thành phố, nối liền hai quận Thủ Đức và Bình Thạnh Đây là khu cửa ngõ TP HCM dẫn đến các khu cơng nghiệp Bình Dương, Biên Hịa và đường nối liền quốc lộ 1A, quốc lộ 13 - những con đường huyết mạch đi các tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Đồng Nai, Bình Dương, các tỉnh Tây Nguyên Tuy nhiên khi cầu được đưa vào sử dụng không bao lau thì gặp phải sự cố lún ở 2 đầu cầu phía quận Bình Thạnh và quận Thủ Đức

Hình 1.1 : Sự cố lún nứt đường dẫn vào cầu Bình Triệu 2(tháng 1/2005)

Theo Ơng Dương Viết Giảng, Phĩ giám đốc Cơng ty Đầu tư kinh doanh cơng trình giao thơng 565, cho biết “việc thi cơng bồi đất cho đường dẫn ở cầu Bình Triệu 2 (phía quận Bình Thạnh) đã thực hiện cánh đây 3 ngày Nhờ đĩ, độ vênh giữa mặt đường dẫn và mặt cầu đã giảm bớt và người tham gia giao thơng đã an tồn hơn khi xuống cầu Cịn đối với sự cố ở đầu cầu phía bên quận Thủ Đức, vì phải xem lại nguyên nhân khiến cầu thấp hơn mặt đường, nên việc tiến hành xử lý đã chậm lại vài ngày so với dự kiến Theo nhận định ban đầu của Cơng ty, thì độ lệch cốt giữa cầu và đường dẫn ở đầu cầu này là do dồn đất từ phía đường.’’

Sự cố đã được xử lý, cũng bằng cách lấp đất và làm đường che phủ chỗ nứt Đây chỉ

là giải pháp xửlý tạm thời, về sau sẽ rất nguy hiểm

 Dự án cầu đường Nguyễn hữu Cảnh, đã gặp phải sự cố ngay khi đưa vào sử dụng Hiện tượng lún diễn ra rất nhanh tại các vị trí trên mặt đường cũng như tại các vị trí tiếp giáp giữa đường với công trình cầu Theo kết quả đo vẽ khảo sát cho thấy cao độ thực tế đều thấp hơn cao độ thiết kế từ 5cm ÷ 100cm, chủ yếu do quá trình lún của tầng đất yếu phía dưới

Hình 1.2 : Aûnh sự cố lún nứt mặt đường Nguyễn Hữu Cảnh (tháng 05/2004)

Đến nay quá trình lún vẫn đang tiếp diễn Nhiều nhà khoa học cũng đến để xem xét và xử lý nhưng vẫn chưa có kết quả khả quan nào

 Tại địa phận quận 9 vào tháng 4 năm 1999, tại mố B (phía xã Long Trường) đường

vào cầu Trường Phước bị trượt Đất đắp sỏi đỏ đường vào cầu bị trượt chuồi qua

khoảng cách 1,5 m giữa các cọc bê tông cốt thép 35 x 35 cm dài 12 m đã đóng gia cường dọc theo bờ sông nhánh Giữa các cọc, đã được sử dụng lớp cừ tràm đặt ngang, sau đó đắp đất sỏi đỏ mở rộng nền đường cũ Chiều cao đất đắp từ chân taluy đến đỉnh đường đắp mới là 6 m, Nếu tính từ mặt đường cũ là 2,2 m Đất trượt đã đạp gãy lớp cừ tràm ngang trên chiều dài hơn 30 m đường vào cầu

 Trong khi đĩ ở quận 2, nơi tác giả sẽ nghiên cứu về đề tài cũng tiềm ẩn nhiều sự cố tương tự với chiều dày tầng đất yếu lớn và phức tạp Cũng thuộc quận 2 nhưng ở cận là Thủ Thiêm nhiều công trình cầu đường hiện hữu đã thi công Nhưng những công trình này cũng chỉ làm tạm với thiết kế rất sơ sài và nguy cơ xảy ra sự cố rất lớn như các công trình mà tác giả có dịp chứng kiến sau :

Hình 1.3 Trượt nền đường đắp vào cầu Trường Phước

(Quận 9 – TP Hồ Chí Minh 4/1999)

Hình 1.5 Cầu Cá Trê Trần Não quận 2 Hình 1.4 : Cầu Phao Trần Não quận 2

Công trình gặp sự cố ở nước ngoài :

 Trong quá trình công trình đưa vào sử dụng cũng gặp một số sự cố như sạt lỡ mái dốc của công trình nền đường đắp trên đất yếu ở Thái Lan

Hình 1.6 Mất ổn định mái dốc nền đường đắp ở Thái Lan Chúng ta có thể thấy bên cạnh công trình là một con sông rất lớn Vì thế nền đất bên dưới công trình rất yếu, mái dốc không được gia cố Vì thế công trình bị trượt theo một cung trượt trụ tròn là một tất yếu

1.2 SƠ LƯỢC CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÁC TÁC GIẢ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Vấn đề ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đất đắp đã và đang được nhiều tác giả ngoài nước nghiêu cứu Trong đó phải kể đến các công trình nghiên cứu của : N.N.MASLOV, SPENCER, JANBU, TERZAGHI, R.B.PECK, WHITLOW, W.FELLENIUS, A.W BISHOP … và các nhà khoa học khác đã góp phần không nhỏ vào việc giải quyết các vấn đề ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đất đắp

Ở nước ta, trong thời gian qua vấn đề xây dựng công trình trên đất yếu cũng được tăng cường nghiên cứu Các tác giả nghiên cứu trong nước đã ra sức phấn đấu giải quyết những vấn đề gắn liền với điều kiện cụ thể địa chất Việt Nam, phần lớn tập trung nghiên cứu đất sét yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long Trong lĩnh vực cải tạo nền đất sét yếu phải kể đến các công trình nghiên cứu của các tác giả: LÊ BÁ LƯƠNG, HOÀNG VĂN TÂN, NGUYỄN VĂN THƠ, VŨ ĐỨC LỤC, NGUYỄN VĂN QUẢNG…

Nhiều tác giả tập trung nghiên cứu qua 2 dạng : ổn định chống lún trồi và ổn định chống trượt sâu Qua các công trình nghiên cứu của A.W BISHOP và W.FELLENIUS như sau :

Hình 1.7 : Phân tích ổn định theo phương pháp của A.W.BISHOP

A.W BISHOP đã đưa ra công thức tính hệ số ổn định như sau :

Hệ số an toàn theo A.W.BISHOP :

Hệ số an toàn theo W.FELLENIUS như sau :

W K

Theo Pilot và Moreau (1973) nghiên cứu ổn định chống trượt sâu của nền đất dựa vào sức chống cắt nền đất không thoát nước Cu và độ dốc mái taluy

Đối với nền đất yếu có chiều dày tương đối lớn, nhiều nhà khoa học trên thế giới như Carillo (1942), R.A Baron, và Hansbo cũng đã nghiên cứu thành công sự gia tăng độ cố kết nền đất yếu để tăng cường độ ổn định khi gia tải nền bằng bấc thấm PVD, cọc cát hay cọc đất kết hợp vôi xi măng

Hiện nay, phương pháp tính toán thường được sử dụng như : phương pháp cân bằng giới hạn mặt trượt trụ tròn của các tác giả W.Fellenius, A.V.Bishop, Janbu

Spencer và Morgenstern – Price và gần đây để giải quyết bài toán một cách tổng quát hơn bắt đầu xuất hiện lý thuyết cân bằng giới hạn tổng quát (GLE), trong đó những phương pháp của W.Fellenius, A.V.Bishop được coi là trường hợp đặc biệt

Biến dạng của công trình chủ yếu bao gồm biến dạng nén chặt (Sw) và biến dạng từ biến do σ (Sησ) Trong đó, biến dạng nén chặt xảy ra trong giai đoạn cố kết thứ nhất (thoát nước tự do), biến dạng từ biến xảy ra trong giai đoạn sau khi đã thoát nước hoàn toàn Khi xét đến biến dạng từ biến của công trình nhiều nhà nghiên cứu tìm ra được loại biến dàng này do 2 thành phần gây ra : ứng suất pháp σ có Sησ và do τ có Sητ Thành phần thứ 2 Sητ xảy ra khi xét đến điều kiện nền bán không gian hữu hạn có dạng như sau :

Sησ Sw

Sητ

y λητ

y = 0.16Sw

qo B

Hình 1.9 : Mô tả nền bán không gian hữu hạn có xét đến Sητ

1.3 XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Từ các hiện tượng sự cố trên ta thấy rằng đối với các công trình ven sông nhất là đối vối công trình đường dẫn vào cầu thì vấn đề ổn định và lún tổng thể là rất quan trọng, do việc cấu tạo đường dẫn không hợp lý và việc tính toán ổn định và lún chưa xét hết đầy đủ các yếu tố, do đó trong nhiệm vụ luận án này em tập trung vào nghiên cứu các vấn đề sau:

♦ Nghiên cứu tổng quát đất yếu Khu đô thị mới An Phú – An Khánh quận 2 Thành Phố Hồ Chí Minh

♦ Giải pháp hợp lý về cấu tạo công trình đường dẫn vào cầu đắp cao trên 5m trong điều kiện chiều dày đất yếu tương đối lớn ở An Phú – An Khánh quận 2 TP Hồ Chí Minh

♦ Nghiên cứu ổn định công trình đường dẫn vào cầu đắp cao trên 5m với cấp kỹ thuật 60 km/h trên đất yếu ở An Phú – An Khánh quận 2, TP Hồ Chí Minh

♦ Nghiên cứu độ lún công trình đường dẫn vào cầu đắp cao trên 5m với cấp kỹ thuật 60 km/h trên đất yếu ở An Phú – An Khánh quận 2, TP Hồ Chí Minh

♦ Nghiên cứu ứng dụng tính toán giải tích và tính toán với 2 chương trình phần

mềm phổ biến hiện nay là Plaxis và Geo Slope về ổn định và lún tổng thể công

trình đường dẫn đắp cao vào cầu

-

PHẦN II

NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT

TRIỂN

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ KHU VỰC AN PHÚ – AN

2.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU

Quan sát các loại đất yếu thường thấy có những đặc điểm sau:

+ Thường là đất loại sét có lẫn các chất hữu cơ hoặc nhiều hay ít;

+ Hàm lượng đất ngậm nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ;

+ Độ thấm nước rất nhỏ;

+ Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng có tính nén lún lớn

Đất yếu là các loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0.5kg/cm2 đến 1.0kg/cm2), có tính nén lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng e lớn (e>1), mođun biến dạng thấp (Eo<5kg/cm2), lực chống cắt nhỏ… Nếu không có các biện pháp gia cố, xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được Đất yếu được thành tạo từ trầm tích đệ tứ (trầm tích trẻ), thuộc hệ Holoxen trải qua 12000 ÷ 5000 năm, trong điều kiện yên tĩnh của thềm lục địa

2.1.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT YẾU

- Độ ẩm thiên nhiên: W=60% – 80%

- Hệ số rỗng thiên nhiên: e=1.4 – 2.2

- Dung trọng thiên nhiên: γw=1.5 – 1.6kg/cm3

- Lực dính: c=0.05 – 0.06kg/cm2

- Góc ma sát trong: ϕ=4o – 5o

- Môđun tổng biến dạng: Eo=4 – 7kg/cm2

2.1.2 CÁC LOẠI ĐẤT YẾU THƯỜNG GẶP

- Đó là các loại các hạt nhỏ, cát bụi ở trạng thái bời rời bảo hòa nước

- Các loại đất dính bảo hòa nước ở trạng thái mềm, dẻo mềm, dẻo chảy, chảy gây biến dạng lớn theo thời gian như : bụi, sét, bùn sét, bùn sét hữu cơ …

- Các loại đất bùn, than bùn có hàm lượng hữu cơ lớn

- Các loại đất hoàng thổ có hệ số rổng lớn, ở trạng thái khô có khả năng chịu tải

lớn nhưng khi ngậm nước sẽ gây lún, biến dạng rất lớn

2.1.3 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM ĐẤT YẾU :

a Thành phần khống :

Đất sét thường được cấu tạo bởi hai thành phần hạt rắn chủ yếu: hạt rắn thơ cĩ kích

thước hạt >0.005mm và thành phần hạt sét cĩ kích thước < 0.005mm được hình thành do

phong hĩa hĩa học Các hạt sét ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của đất sét

Các khống sét bao gồm khống Kaolinite, Illite và Montmorillonite

Qua kết quả nghiên cứu cho thấy:

Hàm lượng Khu vực

Như vậy ở đồng bằng Sơng Cửu Long, đất sét cĩ chứa nhiều khống chất

Montmorillonit chiếm trên 50% khối lượng Khống Montmorillonite cĩ hoạt tính bề mặt

ngồi rất mạnh do tổng diện tích mặt ngồi trên đơn vị thể tích là rất lớn (1g khống cĩ

khoảng 800m2 ) và trường lực hút tĩnh điện rất mạnh Với đặc điểm này làm cho đất sét

yếu cĩ tính chất khá phức tạp, nguy hại cho cơng trình là biến dạng rất lớn, kéo dài và khả

năng chịu tải kém

b Nước trong đất :

Đất yếu ở đồng bằng sơng Cửu Long thường bị ngập nước nên đất thường chỉ cĩ hai pha:

pha rắn (hạt sét hay cát) và pha lỏng Nước trong đất sét gồm nhiều loại và cĩ đặc tính phức tạp, ảnh hưởng rất lớn đối tính chất cơ lý của đất Người ta phân nước trong đất gồm

2 loại chính: nước liên kết và nước tự do

- Nước liên kết: gồm nước hấp thụ và màng nước liên kết Do đặc điểm về kích thước

bé và thành phần cấu tạo của hạt sét, nước liên kết ảnh hưởng rất lớn đối với đặc tính của đất sét nhất là tính biến dạng lâu dài của đất

- Nước tự do bao gồm nước trọng lực và nước mao dẫn Nước tự do nằm đủ xa hạt rắn và chỉ chịu tác dụng của trọng trường Nước mao dẫn chỉ tồn tại khi có một phần pha khí trong đất Áp lực nước tự do trong đất chính là áp lực lổ rỗng u Áp lực nước này đóng vai trò quan trọng trong đất dính

Hình 2.1 Sơ đồ phân bố lớp nước xung quanh hạt sét (theo Xergeev)

Chỉ số dẻo được tính toán dựa vào các giới hạn Atterberg

Khi đó:

Nếu: Ak > 1.25 đất sét có hoạt tính keo cao

Nếu: 1.25> Ak > 0.75 đất sét có hoạt tính keo vừa

Nếu: Ak <0.75 đất sét có hoạt tính keo thấp

Chỉ số Ak của đất sét ở một số khu vực như sau:

Qua đó ta có thể nhận thấy chỉ số Ak một số loại đất ở một số khu vực rất cao

e Gradien thủy lực ban đầu :

Qua thí nghiệm cho thấy, đối với đất sét, nước chỉ thấm qua khi gradient cột nước lớn hơn một giá trị nào đó Giá trị đó gọi là gradien thủy lực ban đầu (Jo)

Người ta cho rằng gradien ban đầu là khả năng chống trượt của màng nước liên kết của hạt sét Khi khắc phục được ứng suất trượt của màng nước liên kết, cấu trúc định hướng của nước này bị phá vỡ và nước bắt đầu thoát qua

f Độ bền kết cấu :

Đối với đất sét yếu, độ bền của bản thân các hạt lớn hơn nhiều so với độ bền cấu trúc giữa các hạt sét với nhau nên độ bền của đất sét phụ thuộc nhiều vào độ bền cấu trúc của đất Độ bền cấu trúc đất sét có tính chất phân tử và thuộc loại ngưng keo xúc biến

Nếu tải trọng ngoài tác dụng nhỏ hơn độ bền cấu trúc thì đất có biến dạng nhỏ có thể bỏ qua Độ bền cấu trúc đất sét yếu nhỏ khoảng (0.2÷0.3)kG/cm2

g Biến dạng :

Do sự hình thành và tính chất đặc biệt của đất sét nên thường đất sét ở trạng thái chưa nén chặt Ở trạng thái chưa nén chặt và bão hòa nước, khi có tác dụng tải trọng ngoài,

áp lực nước lổ rỗng rất lớn và thường kéo dài do sự thoát nước hạn chế

Tính chất biến dạng của đất sét do bản chất của mối liên kết giữa các hạt quyết định Biến dạng của đất sét do biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ

Biến dạng cấu trúc: đây là biến dạng không hồi phục do sự phá hủy các liên kết cứng giữa các hạt sét làm trượt tương đối giữa các hạt và tăng mật độ các yếu tố cấu trúc trong một đơn vị thể tích

Biến dạng cấu trúc hấp phụ: do sự hồi phục màng nước liên kết xung quanh hạt sét, các bao khí và các chất khí hòa tan trong nước Biến dạng này xảy ra chậm chạp, có tính lưu truyền theo thời gian

h Sức chống cắt :

Sức chống cắt của đất sét phụ thuộc vào độ ẩm , độ chặt của đất

Theo Giáo sư N.N.Maslov, lực dính của đất sét bao gồm lực dính mềm Σw (khi bị phá hoại có thể hồi phục) và lực dính cứng Cc (khi bị phá hoại không thể hồi phục) Biểu thức tính sức chống cắt có dạng:

Đối với đất sét yếu (độ sệt B ≥ 1) thì lực dính Cc < 10% C w, lực dính Σw ≈C w

Trong trường hợp dưới tác dụng tải trọng ngoài tác dụng lâu dài, nước trong đất thoát ra làm đất nén chặt lại ( hệ số rỗng e giảm đi ) và độ ẩm W trong đất giảm đi, lực dính C và góc ma sát trong ϕ có khả năng tăng lên

i Tính lưu biến :

Do tính nhớt của màng nước liên kết nên trong đất sét là một mơi trường dẻo nhớt Chính đặc điểm này làm cho đất sét cĩ tính từ biến và xúc biến (gọi chung là lưu biến)

Từ biến của đất sét thể hiện khi ứng suất (σ , τ) tác dụng khơng đổi nhưng biến dạng vẫn tăng lên theo thời gian

Xúc biến (chùng ứng suất) của đất sét thể hiện sự giảm yếu của ứng suất khi giữ biến dạng khơng thay đổi

Tính lưu biến của đất sét làm cho biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng thay đổi trong thời gian rất lâu, cĩ khi đến hàng trăm năm

Chính do liên kết cấu trúc yếu ớt nên đất sét yếu thường cĩ độ nhạy lớn, rất dễ bị phá hoại Tuy nhiên, khi mất đi nguyên nhân gây phá hoại thì đất sét cĩ khả năng phục hồi được một phần độ bền

2.2 KHÁI QUÁT VỀ ĐẤT YẾU ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

2.2.1 CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Cấu trúc địa chất đồng bằng sông Cửu Long có dạng bồn trũng theo hướng Đông Bắc – Tây Nam Phủ trên móng đá là tập hợp các thành tạo bở, rời có từ kỷ Naogen đệ tứ, trên cùng là lớp trầm tích trẻ có tuổi khoảng 15.000 năm có chiều sâu lên tới 110m, đây cũng chính là tầng đất yếu trên mặt, móng của các công trình chủ yếu được đặt trên tầng đất yếu này Gồm 2 loại địa tầng sau :

- Bậc Holoxen dưới QIV1-2 : gồm các màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng kết vón sắt, phủ lên tầng đất sét loang lỗ Pleistoxen, chiều dày đạt tới 12m

- Bậc Holoxen giữa QIV2 gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng, chiều dày từ 10-70m

- Bậc Holoxen trên QIV3 gồm tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo thành, thành phần vật chất, tuổi và điều kiện phân bố:

+ Tầng trầm tích biển, sông biển hổn hợp và sinh vật mQIV3, mabQIV3 gồm cát hạt mịn, bùn sét hữu cơ…

+ Tầng trầm tích sinh vật, đầm lầy ven biển bamQIV3 gồm bùn sét hữu cơ, than bùn

+ Tầng trầm tích sông hồ hổn hợp và sinh vật ambQIV3 gồm bùn sét hữu cơ

+ Tầng bồi tích aQIV3 gồm sét, á sét chảy, bùn á sét hoặc bùn sét hữu cơ

Chiều dày của thành tạo trầm tích Holoxen trên biến đổi từ 9-20m, trung bình 15m Toàn bộ chiều dày trầm tích Holoxen đạt tới 100m

Tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long, tầng trầm tích này gồm 3-5 tập hạt mịn xen kẹp với 3-5 tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với Pleistoxen trên, giữ và dưới Mỗi tập hạt mịn có chiều dày từ 1-2m đến 40-50m, các tập hạt thô được đặc trưng bằng bề dày thay đổi từ 4-85m

2.2.2 SỰ PHÂN BỐ CÁC KHU VỰC ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU

LONG :

Dựa vào đặc trưng thành phần thạch học, tính chất địa chất công trình, địa chất thủy văn và chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khác nhau : (Hình 2.2) :

Về chiều dày địa tầng đất yếu :

- Khu vực có lớp đất yếu từ (1 ÷30)m bao gồm khu vực ven Tp.Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá ;

- Khu vực đất yếu có chiều dày (5÷30)m phân bố cận vùng 1và đại bộ phận đồng bằng và trung tâm Đồng Tháp Mười;

- Khu vực đất yếu có chiều dày (15÷300)m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre tới vùng duyên hải tỉnh Cà Mau, Sóc Trăng, Tiền Giang

Hình 2.2 : phân vùng địa chất đồng bằng sông cửu long

Hà Tiên

Rạch Giá

Cà Mau

Bạc Liêu Sóc Trăng

Cần Thơ

Trà Vinh Vĩnh Long

Tân An

Mỹ Tho

Bến Tre Long Xuyên

Hồng Ngự

Cao Lãnh CAMPUCHIA

BIểN ĐÔNG BIểN TÂY

IVb IId

V IV III

Đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn á sét, cát bụi, á cát (IVa,IVb)

Bùn á sét và bùn á cát ngập nước

GHI Chú :

2.3 KHÁI QUÁT VỀ ĐẤT YẾU KHU VỰC TP.HỒ CHÍ MINH VÀ TẬP TRUNG ĐỊA

CHẤT KHU AN PHÚ – AN KHÁNH QUẬN 2 :

Vùng đất yếu khu vực Tp.Hồ Chí Minh bao gồm :

- Đất yếu tập trung khu vực quận 2, quận 4, quận 6, quận 7, quận 8, huyện Nhà

Bè, huyện Bình Chánh và huyện Cần Giờ Trong đó, khu vực quận 2 mà tác giả sẽ

nghiên cứu tập trung ở khu đô thị mới An Phú – An Khánh (Khu A), cạnh bên là khu

vực Thủ Thêm là vùng giáp Sông Sài Gòn cũng có địa chất rất yếu Khu đô thị mới An

Phú – An Khánh là vùng có chiều dày đất yếu khá lớn từ (10m ÷20m) gồm bùn sét lẫn

hữu cơ, xám đen và nhão, mực nước ngầm thay đổi khoảng -1m so với mặt đất tự

nhiên

- Một phần quận 1, quận 3, quận 5, vùng ven sông Sài Gòn và các vùng Phụ Cận;

- Vùng quận Bình Thạnh, Bình Triệu (Thủ Đức) : sét nhão, bùn sét, bùn sét pha

cát, chiều dày lớp đất yếu từ (5 ÷ 15)m Bên dưới là lớp cát mịn, cát trung;

- Vùng huyện nhà Bè, quận 4, quận 8 : sét nhão, bùn sét, bùn sét pha cát, bùn cát

pha sét, chiều dày lớp đất yếu từ (10 ÷ 30)m;

- Vùng huyện Bình Chánh, quận 6 : sét , sét pha cát, nhiễm phèn, mặn;

- Khu công nghiệp Lê Minh Xuân, Khu công nghiệp Tân Tạo : sét , sét pha cát

trạng thái dẻo mềm, có khu vực đất yếu lớn hơn 50m ở vùng đầm lầy;

- Vùng duyên hải : bùn sét trạng thái dẻo chảy, bùn sét, bùn sét pha cát chiều dày

trên 20m Vùng có rất nhiều sông rạch nhiễm mặn cao

2.4 Thống kê các đặc trưng cơ bản phục vụ tính toán :

Chỉ tiêu tiêu chuẩn:

Theo TCVN 45 – 78: trị tiêu chuẩn của một chỉ tiêu A nào đó (ký hiệu Atc) được

xác định theo công thức:

n

A A

A

n

i i

Ai : Trị số riêng rẽ của chỉ tiêu

n: Số lượng trị số riêng của tập thống kê

Chỉ tiêu tính toán:

Chỉ tiêu tính toán là một trị số đặc trưng cơ học, vật lý nào đó của đất dùnh trong

thiết kế nền móng

Theo TCVN 45 – 78, chỉ tiêu tính toán được xác định theo công thức :

d

tc tt

K

A

Kd :Hệ số an toàn đối với đất

Hệ số Kd được xác định theo công thức:

ρ

±

=1

1

d

ρ : Chỉ số xác định độ chính xác của trị số trung bình xác định theo những đặc

trưng của tập thống kê

Chỉ số ρ sẽ nhận giá trị nào đảm bảo độ tin cây lớn hơn của việc tính toán nền

móng Biểu thức ρ được xác định theo công thức:

Đối với các đại lượng ngẫu nhiên (γ, γr …)

tα : Hệ số phụ thuộc xác suất độ tin cậy α đã chọn và phụ thuộc số bậc tự do của

tập thống kê (bằng n-1 đối với các chỉ tiêu độc lập và bằng n – 2 đối với chỉ tiêu c, ϕ)

n : Số lượng mẫu đưa vào tập thống kê

Thay ν, ρ, Kd vào biểu thức (2.2) ta có thể rút ra biểu thức xác định chỉ tiêu tính

toán của đất:

Đối với biến độc lập:

n

t A

A tt = tc ±Như vậy có thể thấy rằng: chỉ tiêu tính toán, một mặt có thể lớn hơn hoặc có thể

nhỏ hơn chỉ tiêu tiêu chuẩn, mặt khác tùy thuộc vào xác suất tin cậy α ta muốn có mỗi

trường hợp mà lượng sai khác so với trị tiêu chuẩn nhiều hay ít Cách lựa chọn xác suất

tin cậy α được quy định trong TCVN 45 – 78 như sau:

Khi tính nền theo cường độ (trạng thái giới hạn thứ nhất) chọn α = 0.95

Khi tính nền theo biến dạng (trạng thái giới hạn thứ hai) chọn α = 0.85

Đối với các công trình loại I, khi có căn cứ thích đáng và trên cơ sở quyết định đã

thỏa thuận giữa các cơ quan khảo sát địa chất công trình thì có thể chọn trị số α lớn hơn

trị số đã nói ở trên nhưng không vượt quá 0.99

Theo TCVN 45 – 78: trong mọi tính toán nền móng, mọi chỉ tiêu phải dùng chỉ

tiêu tính toán Nhưng đối với dung trọng thể tích γ, các thông số c, ϕ được xác định theo

biểu thức (2.3), còn các chỉ tiêu khác cho phép lấy Kd = 1, tức là Att = Atc

Xác định trị số tiêu chuẩn của sức chống cắt c và ϕ :

Các thông số cường độ chống cắt c và hai thông số của đường biểu diễn sức

chống cắt giới hạn của đất, đó là hai đại lượng liên hệ với nhau và để xác định trị số

trung bình của chúng phải dùng phương pháp bình phương nhỏ nhất Theo phương pháp

đó ta tìm được công thức xác định ctc và tgϕtc như sau:

n

i i i

c

1 1

n

i i i i

tg

1 1

n

i i

i p p

n

∆

τi, pi : Trị số sức chống cắt τi ở cấp áp lực nén pi

Mặt khác chú ý rằng, đối với γ cũng như các đại lượng ngẫu nhiên độc lập khác,

độ lệch σ (của tập thống kê của nó) tính theo biểu thức:

Còn đối với c, ϕ (trị số trung bình được xác định theo phương pháp bình phương

nhỏ nhất) thì độ lệch của chúng tính qua độ lệch của τ theo biểu thức:

∆σ

1

∆σ

i tg c p

2.5 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT :

Nhằm phục vụ việc tính toán trong các chương sau, mặt cắt địa chất điển hình

được lựa chọn ở những công trình chuẩn bị tiến hành thi công như sau :

- Công trình : Cầu Số 2 – Khu đô thị mới An Phú – An Khánh quận 2 Tp.Hồ Chí Minh Vị trí cạnh cầu Đá Đỏ hiện hữu bắc qua sông để vào khu dân cư hiện hữu Qui mô cầu : Lcầu = 83m, Lđường vào cầu = 100m, tĩnh không thông thuyền 3.5m, chiều cao đất đắp đường vào cầu là 5m ;

Công tác khảo sát địa chất công trình với sự bố trí 3 hố khoan trong khu vực Khu đô thị An Phú – An Khánh với quan điểm xử lý nền móng ta có thể phân khu vực ra thành các lớp chính sau :

- Lớp 1 : cát san lấp có chiều dày từ 1.5m ÷ 2.3m;

- Lớp 2: Bùn sét lẫn hữu cơ, xám đen, nhão, dẽo nhão Lớp này có độ sâu từ 1 đến 16m;

- Lớp 3 : sét pha cát mịn Lớp này có độ sâu từ 15m ÷ 24m;

- Lớp 4 : cát bột nhỏ mịn, pha ít bột Lớp này có độ sâu từ 21.5m ÷ 40m

Mực nước ngầm ổn định -1m Cao độ mặt nền thiên nhiên là +0,00m

15m Gồm các chỉ tiêu cơ lý :

− Độ ẩm tự nhiên :

− Modul biến dạng

ƒ Etc

o = 14.12 kg/cm2

ƒ Etc

o = 14kg/cm2

− Độ ẩm tự nhiên :

H1 H2 H3

MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CẦU SỐ 2 - KĐT AP - AK QUẬN 2

-40.0m -38.0m -36.0m -34.0m

-30.0m

-32.0m -28.0m

-20.0m

-26.0m -24.0m -22.0m

3 -18.0m

-16.0m -14.0m

0.0m

1

OH 1

OH bùn sét lẫn hữu cơxanh đen, dẽo nhão SCsét pha cát mịn SMcát bột nhỏ mịnpha ít bột

Hình 2.3 : Mặt cắt địa chất Cầu số 2 – Khu ĐTM An Phú – An Khánh

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU CẤU TẠO ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP CAO TRÊN 5M VỚI CẤP 80 VÀ 60 TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở AN PHÚ – AN KHÁNH QUẬN 2 TP.HỒ CHÍ MINH

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Đối với nền đường đắp trên đất yếu, vấn đề không chỉ xem xét ổn định mái dốc mà còn phải tính toán ổn định của nền đất yếu phía dưới Trong trường hợp chiều cao nền đường không lớn, vấn đề ổn định chủ yếu là ổn định của nền đất yếu có xét tới ảnh hưởng của mái dốc đường Để đảm bảo điều kiện ổn định của đường khi xây dựng trên nền đất yếu trong vùng ngập lũ như : tránh sụt lở, trượt trồi, lún sụp, giải pháp cấu tạo khả thi nhất cho công trình đường phải thoả mãn các yêu cầu:

a) Đảm bảo ổn định toàn khối cho nền đường:

Kích thước hình học và hình dạng của nền đường trong mỗi hoàn cảnh không bị phá hoại hoặc biến dạng gây bất lợi cho việc thông xe trong quá trình sử dụng và khai thác Các hiện tượng mất ổn định toàn khối chủ yếu là trượt lở mái taluy nền đào hoặc đắp: trượt trồi, lún sụp nền đắp trên đất yếu;

b) Đảm bảo có đủ cường độ nhất định cho nền đường:

Đủ độ bền khi chịu cắt trượt và không bị biến dạng quá nhiều (hay không được tích luỹ biến dạng) dưới tác dụng của áp lực bánh xe chạy qua Nếu không bảo đảm yêu cầu này thì kết cấu áo đường sẽ bị phá hoại;

c) Đảm bảo ổn định về cường độ cho nền đường:

Cường độ nền đường không được thay đổi theo thời gian, khí hậu, thời tiết một cách bất lợi Khi trạng thái về độ ẩm và độ chặt của đất thay đổi thì cường độ của nó cũng thay đổi theo Nếu để nước thấm vào đất nền đường càng nhiều, độ ẩm của đất càng cao thì cường độ của nó càng giảm đi

Đối với nền đắp của đường vào cầu : đây là đoạn có đặc điểm khác với các đoạn

đường thông thường khác do tác dụng tương hổ của nền đường với các nền móng công trình và do độ lún khác nhau Mặt khác chiều dài nền đắp không lớn nên có thể sử dụng các kỹ thuật phức tạp hơn và giá thành có thể cao hơn

Chúng ta có thể hạn chế tác dụng tương hổ của nền đường vào cầu với các móng sâu bằng cách xây dựng nền đắp trước các móng cầu (có hoặc không có các biện pháp bổ sung để tăng nhanh sự cố kết) hoặc bằng cách tăng độ ổn định của nền đắp bằng cách sử dụng bệ phản áp, thay đất xấu, làm nền đắp nhẹ ,cột balát, cột đất vôi xi măng, nền đắp trên cọc

Với các độ lún khác nhau ta có thể làm cho độ lún lớn nhất trong bộ phận độ lún tổng cộng đạt được độ ổn định trước khi kết thúc thi công Có thể sử dụng tất cả các kĩ thuật để giảm biên độ lún tổng cộng hoặc tăng nhanh độ lún riêng lẽ hoặc kết hợp Việc lựa chọn giữa các kỹ thuật thực tế phụ thuộc chiều dày tầng đất yếu bên dưới

− Với đất yếu có chiều dày không lớn(cho đến trên 10m ) việc khống chế độ lún có thể được thực hiện bằng cách thay đất xấu, làm các cột balát, cột đất gia cố tựa trên các nền cứng hơn, bằng cách giảm nhẹ nền đắp hoặc tăng nhanh độ cố kết của đất trong thi công (gia tải tạm thời hoặc phương pháp cố kết hút chân không, làm đường thấm thẳng đứng.)

− Với tầng đất yếu có chiều dày lớn trên 20m, nói chung không áp dụng được các

kĩ thuật xử lý cho đến lớp nền cứng Việc hạn chế độ lún sau khi đưa vào sử dụng có thể tiến hành bằng cách tăng nhanh độ cố kết như : làm đường thấm thẳng đứng, xây dựng theo từng giai đoạn, cố kết kiểu bơm hút chân không, gia tải tạm thời… có xét đến điều kiện ổn định của nền đắp hoặc bằng cách giảm nhẹ nền đắp

− Với đất yếu có chiều dày nằm giữa các khoảng trên ta có thể tùy từng trường hợp cụ thể mà lựa chọn phương pháp áp dụng hiệu quả hơn

3.2 CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN ĐẾN ĐƯỜNG CẤP III :

Đường có cấp quản lý là cấp III là các tuyến đường nối các trung tâm kinh tế chính trị văn hoá trong một địa phương, các tuyến đường liên huyện, tương ứng với cấp kỹ thuật 60, vận tốc tính toán là V = 60 km/h Số làn xe theo qui định là 2 làn, mặt đường bê tông nhựa có độ dốc ngang 2 – 2.5% (TCVN 4054 – 98)

− Phần xe chạy : 2 × 3.5 m

− Phần lề đường : 2 ×2.5 m

− Bề rộng nền đường tối thiểu : 12 m

Cao độ nền đường ở các đoạn ven sông, đầu cầu nhỏ, các đoạn qua cánh đồng ngập nước phải cao hơn mực nước ngập theo tần suất 4% (kể cả chiều cao nước dềnh và sóng vỗ vào mái đường) ít nhất là 0.5m

Khi nền đường đắp bằng cát, nền đường phải được bao phủ để chống xói lở bề mặt đồng thời đảm bảo nước trong nền thoát được ra ngoài Nếu bao bằng đất dính, chỉ số dẻo lớn hơn 17, thì chiều dày bao phủ ít nhất là 0.5m và phải có tầng lọc ngược để cho nước thoát ra (TCVN 4054 – 98)

Độ chặt yêu cầu đối với nền đường cấp III (đầm nén tiêu chuẩn theo TCVN 2401-1995) là K =0.98

2%

7m 2.5m

1 : 2

3%

CÁT ĐẮP NỀN ĐƯỜNG

Gia cố taluy bằng đất sét dày 0.5m 2%

2.5m

Trồng cỏ mái taluy

- Tưới nhựa tiêu chuẩn 1,1kg/m2

- Cấp phối đá 0-4 dày 20cm

- Đá 4x6 dày 30cm

- BTNN hạt mịn dày 4cm

- BTNN hạt thô dày 5cm

Nền đường 3%

1 : 2

BẤC THẤM LOẠI 0.3 x 10CM

" Qui trình thiết kế xử lý bấc thấm trong xây dựng nền đường''

Hình 3.1 : Mặt cắt ngang đường vào cầu đắp cao 5m xử lý nền đất yếu bằng đệm cát và bấc

thấm

Hình 3.2 : Mặt cắt dọc điển hình công trình

3.3 CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP:

a) Giải pháp đào bỏ một phần hay toàn bộ đất yếu:

Nếu tầng đất yếu mỏng hay khi đòi hỏi thời gian hoàn thành công trình sớm theo kế hoạch hoặc cao độ thiết kế nền đường bị khống chế, đào bỏ một phần hay toàn bộ lớp đất yếu Sau đó thay vào một lớp cát Chiều dày lớp đất yếu bị đào bỏ xác định

trên cơ sở đã tính toán trước Giải pháp này thường được áp dụng kết hợp với các phương pháp khác Đặc biệt thích ứng trong trường hợp đất yếu có bề dày nhỏ hơn vùng chịu ảnh hưởng của tải trọng đất đắp :

Bề dày lớp đất yếu nhỏ hơn 2,0 mét Trường hợp này đào bỏ toàn bộ đất yếu để đáy nền đường tiếp xúc trực tiếp với phần đất không yếu;

Đất yếu ở dạng than bùn loại I hoặc loại sét, á sét dẻo mềm, dẻo chảy Trường hợp này nếu chiều dày đất yếu vượt quá (4,0 5,0) mét có thể đào bỏ một phần sao cho đất yếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2 ÷ 1/3 chiều cao đất đắp;

Mặt cắt ngang phần đất yếu phải đào bỏ có dạng hình thang với đáy nhỏ ở phía dưới sâu, bề rộng bằng phạm vi chiều rộng mặt nền đường Còn đáy lớn ở trên vừa bằng phạm vi tiếp xúc của nền đắp với mặt đất yếu khi chưa đào

b) Giải pháp làm lớp đệm cát:

Lớp đệm cát dùng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước và chiều dày của nó nhỏ hơn 3,0 mét

Thường dùng lớp đệm cát để tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu dưới nền đường sau khi đắp đất, đồng thời tăng cường độ chống cắt của đất yếu Lớp đệm cát còn có tác dụng cải tạo sự phân bố ứng suất lên đất yếu

Lớp đệm cát có chiều dày không đổi

Lớp đệm cát ở giữa dày, hai bên mỏng

Lớp đệm cát ở giữa mỏng, hai bên dày

Hình 3.3 Giải pháp dùng lớp đệm cát để gia cố nền đất yếu

Dùng lớp đệm cát việc thi công đơn giản hơn nhưng thời gian đắp đất tương đối lâu (vì thường kết hợp với giải pháp xây dựng theo từng giai đoạn)

Phương pháp này thích hợp được sử dụng trong các điều kiện sau:

− Chiều cao nền đất đắp từ (6,0 9,0) mét và lớp đất yếu không quá dày;

− Có nguồn khai thác cát ở gần và dễ vận chuyển

Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 3,0 mét hoặc nước ngầm có áp lực tác dụng trong phạm vi lớp đệm cát, không nên áp dụng các biện pháp xử lý này

Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn thì khối lượng đào đất hoặc nạo vét chuyển đi sẽ tăng lên Còn khi nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng di động, đồng thời gây ra độ lún phụ thêm dưới móng công trình Lớp đệm cát được thi công sau khi đã đào bỏ một phần lớp đất yếu Có thể bố trí theo các dạng mặt cắt như hình đã trình bày ở trên

Lớp đệm cát có chiều dày không đổi: Aùp dụng ở nơi có lớp đất yếu mỏng nhưng tương đối chặt, cường độ không quá thấp;

Lớp đệm cát có chiều dày thay đổi: ở giữa dày, hai bên mỏng; Được áp dụng ở nơi có lớp bùn tương đối dày Ơû giữa chịu ứng suất lớn, hai bên chịu ứng suất nhỏ

Lớp đệm cát có chiều dày thay đổi: ở giữa mỏng, hai bên dày: Được áp dụng ở nơi có lớp đất yếu tương đối dày và mỏng Làm dày ở hai bên có tác dụng để không cho bùn bị đẩy sang và nếu nằm trên đất cứng thì có thể đắp bằng đá

Chiều dày của lớp đệm cát trong trường hợp trên phụ thuộc vào ứng suất của nền đất đắp tác dụng lên trên mặt lớp cát Cát làm đệm được thi công trải ra thành từng lớp, chiều dày của mỗi lớp phụ thuộc vào thiết bị đầm nén

Cát để dùng làm lớp đệm tốt nhất là dùng các hạt lớn và các hạt vừa, không lẫn đất bụi Với một số nền đường không quan trọng lắm và không có mực nước ngầm ở cao thì có thể sử dụng đệm cát đen để hạ giá thành

Cát sau khi đầm nén xong phải kiểm tra độ chặt tại hiện trường bằng phao Kôvalep, phương pháp cân trong nước hoặc phương pháp xuyên

Việc thi công lớp đệm cát rất đơn giản Chỉ cần dùng máy ủi san lấp, không cần các thiết bị thi công đặc biệt khác Cần khống chế cẩn thận chuyển vị ngang và độ lún khi thi công Trước khi đắp lớp cát đầu tiên, nếu không vét được bùn thì cần lót một lớp bó cành cây (hoặc geotextile) để cát hoặc đá khỏi bị chìm vào lớp bùn

Lượng chuyển vị ngang trung bình mỗi ngày không quá (4,0 6,0)mm/ngày đêm, khống chế trong khoảng 10 mm/ngày đêm là có thể đảm bảo nền đường ổn định

c) Giải pháp làm bệ phản áp:

Khi đất dưới nền quá yếu không thể sử dụng giải pháp xây dựng nền đất đắp công trình đường theo từng giai đoạn hoặc thời gian cố kết quá dài, áp dụng phương pháp này Giải pháp thực hiện trong điều kiện tính toán về kinh tế và kỹ thuật Giá thành khi xây dựng bệ phản áp, dự trù quỹ đất mà bệ phản áp chiếm dụng

Giải pháp này được dùng khi đắp đường trực tiếp trên nền đất yếu có tác dụng làm tăng mức ổn định chống phình trồi cho nền đường để đạt được yêu cầu về ổn định, cả trong quá trình đắp và khai thác lâu dài Nếu đắp nền đường và đắp bệ phản áp hai bên đồng thời không cần khống chế tốc độ đắp, có thể thi công nhanh

Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu của nền đường hay công trình đất đắp

Bệ phản áp làm xoãi mái dốc taluy của nền đường hay công trình đất đắp

Hình 3.4: Sơ đồ các dạng bệ phản áp thường được áp dụng phản áp hai bên đồng thời không cần khống chế tốc độ đắp, có thể thi công nhanh

Bệ phải áp đóng vai trò như một đối trọng: tăng độ ổn định, cho phép đắp nền đường với chiều cao lớn hơn Do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn, có tác dụng phòng lũ, chống sóng và chống thấm nước

Giải pháp này không làm rút bớt được thời gian lúc đất cố kết và không giảm được độ lún, còn tăng thêm khả năng nén lún (do phụ thêm tải trọng của bệ phản áp ở hai bên đường) Nó có nhược điểm là khối lượng đất đắp lớn và diện tích chiếm ruộng nhiều Phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ cũng như khối lượng quỹ đất dồi dào, khoảng cách vận chuyển không bị hạn chế về phạm vi

Có 2 dạng bệ phản áp cơ bản:

− Bệ phản áp để làm tăng độ chôn sâu của nền đường: hay công trình đất đắp tương tự, được áp dụng khi nền đường hay công trình đất đắp có dạng hình thang;

− Bệ phản áp để làm xoãi mái dốc taluy của nền đường: hay nền đất đắp tương tự Dạng này sẽ được áp dụng khi nền đường hay nền công trình đất đắp tương tự có dạng hình tam giác hay gần với hình tam giác

Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét Vật liệu dùng là các loại đất hoặc cát thông thường Trong trường hợp khó khăn có thể sử dụng cả đất lẫn hữu cơ

Xác định kích thước là vấn đề mấu chốt trong việc tính toán và thiết kế bệ phản áp Nhiều phương pháp dựa vào giả thiết khác nhau nhưng chỉ gần đúng Có tác giả dựa vào sự hình thành vùng biến dạng dẻo phát triển ở hai bên công trình Người khác dựa vào giả thiết mặt trượt của đất nền có dạng hình trụ tròn Cũng có tác giả tính toán dựa theo lý luận cân bằng giới hạn để xác định mặt trượt và suy ra trạng thái giới hạn của đất nền Để đơn giản hơn trong tính toán, một số tác giả dựa vào điều kiện khống chế ứng suất ngang để quyết định kích thước của bệ phản áp

Với các công trình nền đường, nền đất đắp,… phương pháp tính toán kích thước bệ phản áp dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo được áp dụng nhiều hơn Tăng chiều rộng của bệ phản áp, hệ số an toàn sẽ tăng lên

™ Đối với bệ phản áp để làm tăng độ chôn sâu của nền đường:

− Chiều cao bệ phản áp Hpa = (1/3 1/2) lần chiều cao nền đất đắp Hnđ

− Bề rộng của bệ phản áp Lpa mỗi bên nhất thiết phải vượt quá phạm vi của cung trượt trụ tròn nguy hiểm nhất từ (1,0 3,0) mét

™ Đối với bệ phản áp làm xoãi mái dốc của nền đất đắp:

− Chiều cao bệ phản áp Hpa = (1/5 2/5) lần chiều cao nền đất đắp Htt

− Bề rộng của bệ phản áp bpa = 1/3 b

™ Theo kinh nghiệm của Trung Quốc thì:

− Chiều cao bệ phản áp Hpa > 1/3 lần chiều cao nền đường Hnđ

− Bề rộng của bệ phản áp Lpa = (2/3 3/4) lần chiều dài truồi đất

™ Theo toán đồ của Pilot thì:

− Chiều cao bệ phản áp Hpa = (40 50)% chiều cao nền đường Hnđ

− Bề rộng của bệ phản áp Lpa = (2 3) lần chiều dày lớp đất yếu D

Mặt trên của bệ phản áp phải tạo thành dốc ngang 2% ra phía ngoài

Bệ phản áp được đắp cùng một lúc với việc xây dựng nền đất đắp chính Nếu xe máy thường xuyên đi lại trên đó, phần dưới của bệ phản áp phải được đắp bằng vật liệu thấm nước và cần đầm lèn cho cẩn thận

Chiều cao của bệ phản áp không được quá lớn để có thể lại gây trượt trồi (mất ổn định) đối với chính phần đất đắp Khi thiết kế thường giả thiết chiều cao bệ phản áp bằng chiều cao của nền đất đắp rồi nghiệm toán ổn định theo phương pháp mặt trượt

trụ tròn Chiều cao trung bình bệ phản áp lấy từ (1,5 2,0) mét Độ chặt đất đắp nên đạt

K ≥ 0,9 (đầm nén tiêu chuẩn)

Ưu điểm : Phướng pháp thi công đơn giản, nhanh gọn, tận dụng được nguồn quỹ

đất khai thác ngay tại địa phương;

Nhược điểm: Khối lượng đất đắp lớn, chiếm nhiều diện tích đất tự nhiên;

− Giải pháp này không phù hợp đối với các loại đất yếu là than bùn và bùn sét Đồng thời hoàn toàn không phù hợp với những khu vực thi công phải vận chuyển đất đắp từ nơi khác đến;

− Giải pháp này không làm giảm được thời gian lún cố kết mà còn làm tăng thêm độ lún của công trình do tăng thêm tải trọng do bệ phản áp ở hai bên đường

Phạm vi áp dụng: Thường áp dụng trong những trường hợp sau:

− Giải pháp này chỉ nên dùng khi đắp đường trực tiếp trên nền đất với tác dụng chính làm tăng cường mức ổn định chống trượt trồi cho nền đường, nhằm đạt được yêu cầu về ổn định cả trong quá trình đắp và quá trình khai thác lâu dài

− Tầng đất yếu có chiều dày không lớn lắm và nền đường đắp cao trung bình;

− Quỹ đất để xây dựng thật dồi dào và dễ khai thác, gần khu vực thi công;

− Khi độ lún còn lại của công trình ≤ 30,0 cm

d) 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, phục vụ vào tùy 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 (bỏ qua ma sát giữa đất yếu và mặt dưới của vải) 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

Khi tính toán, vải địa kỹ thuật phải đảm bảo được yêu cầu sau: F ≤ Fcp trong đó: F- lực kéo mà vải phải chịu (T/m);

K

F

Trong đó:

Fcp - lực kéo cho phép của vải rộng 1mét (T/m) và độ bền của vải:

Fmax - trị số biểu thị bằng tổng cường độ chịu kéo đứt của các lớp vải phải chọn (cường độ chịu đứt của vải khổ 1,0 mét, T/m);