Phân tích nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố mố cầu trên đất yếu

Tuy nhiên, do một số nguyên nhân chủ quan và khách quan, nhiều công trình xây dựng đã xảy ra sự cố ngay cả trong quá trình thi công và cả trong quá trình khai thác, đặc biệt là nhiều sự

PHAN CÔNG BẰNG

PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ SỰ

CỐ MỐ CẦU TRÊN ĐẤT YẾU

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phan Công Bằng Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/11/1975 Nơi sinh: tỉnh Nghệ An

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV: 00906199

I – TÊN ĐỀ TÀI :

Phân tích nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố mố cầu trên đất yếu

II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1/- NHIỆM VỤ: Nghiên cứu nguyên nhân gây ra sự cố mồ cầu và đề xuất biện

pháp xử lý sự cố

2/- NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về tình hình sự cố mố cầu

Chương 2: Phân tích nguyên nhân gây ra sự cố mố cầu

Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mố cầu

Chương 4: Phân tích nguyên nhân và giải pháp xử lý sự cố mố cầu Kỳ Hà

Kết luận và kiến nghị

III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 16/7/2007

IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU Ï: 30/6/2008

V – HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Võ Phán

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN

QL CHUYÊN NGÀNH

TS VÕ PHÁN TS VÕ PHÁN

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

Ngày tháng năm 2008

TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

Đất nước Việt Nam đang trong quá trình hội nhập và phát triển, cơ sở hạ tầng giao thông được xây dựng rất nhiều Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng và khai thác, nhiều công trình đã xảy ra sự cố, đặc biệt là các công trình xây dựng trên nền đất yếu Luận văn này đi vào phân tích nguyên nhân sự cố mố cầu xây dựng trên đất yếu, lý thuyết tính toán ổn định mố cầu Phần tính toán đi vào phân tích nguyên nhân và đề xuất biện pháp xử lý sự cố mố cầu Kỳ Hà (quận 2 - thành phố Hồ Chí Minh)

Vieät Nam have been integrated and developed, many infrastructure of traffic is built However, during the construction and exploitation, many projec had been broken - down, especial the project was built on feeble foundation This essay concentrates on analysing the cause of abutent of bridges that is was built on feeble foundation is broken - down, and theory of calculation is steady them Calculation anglyses its cause and given method treatment Ky Ha’s abutent of bridges was broken - down (district 2 - HoChi Minh city)

Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh; dưới sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô, tôi cảm thấy mình đã tích lũy được nhiều kiến thức khoa học trong lĩnh vực chuyên ngành nền móng Chính những kiến thức quý báu trong quá trình học tập tại Trường cùng những hỗ trợ của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp em hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin gửi lời tri ân đến các thầy cô giáo, các cán bộ của Trường Đại học Bách khoa, đặc biệt là thầy TS Võ Phán đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn trong thời gian viết và hoàn thành được luận văn này, xin các Thầy, Cô nhận nơi tôi lòng biết ơn sâu sắc

Xin cảm ơn các bạn cùng học với tôi tại lớp Cao học K15 ngành Địa kỹ thuật xây dựng đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập

Xin cảm ơn lãnh đạo, các bạn bè, đồng nghiệp đã cùng công tác với Tôi tại Sở Giao thông công chính và Khu Đường sông đã tạo điều kiện về thời gian để tôi hoàn thành khóa học

Xin cảm ơn các thành viên trong gia đình đã động viên tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường./

1 Tính cấp thiết của đề tài ………

2- Mục đích nghiên cứu:………

3- Nội dung nghiên cứu: ………

4- Giới hạn của luận văn:………

1 2 3 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH HÌNH SỰ CỐ MỐ CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái quát về sự cố công trình:………

1.2 Một số nguyên nhân gây ra sự cố công trình:………

1.3 Khái niệm đất yếu, sự phân bổ và tính chất các vùng đất yếu ở Việt Nam

1.4 Sự cố mố cầu trên đất yếu………

1.5 Một số sự cố có nguyên nhân nền móng công trình trên đất yếu…………

4 5 7 10 22 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ MỐ CẦU XÂY DỰNG TRÊN ĐẤT YẾU 2.1 Độ lún và các đặc trưng biến dạng của đất tại chỗ………

2.2 Tính thời gian lún………

2.3.Nghiên cứu ảnh hưởng của lún đối với móng cọc mố cầu………

2.4 Sự cố đoạn tiếp giáp mố cầu (đường vào cầu)………

2.5 Nhận xét chương 2………

24 27 28 30 31 CHƯƠNG 3: CƠ SỠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MỐ CẦU TRÊN ĐẤT YẾU 3.1 Khái niệm chung………

3.2 Các tải trọng tác dụng lên mố cầu………

3.3 Tính toán ổn định của móng cọc………

3.4 Nhận xét chương 3 ………

32

32

39

49

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ

SỰ CỐ MỐ CẦU KỲ HÀ

4.3 Kết quả khảo sát và đo đạc chuyển vị kết cấu………

4.4 Phân tích nguyên nhân ………

4.5 Giải pháp xử lý sự cố………

4.5.1 Giới thiệu………

4.5.2 Phương án sử dụng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thu (phương án 1)………

4.5.3 Phương án dùng cọc đất - xi măng (phương án 2).………

4.6 Kết luận chương 4………

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….

56

65

81

81

81

101

136

138

140

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Đất nước Việt Nam của chúng ta đang ở trong quá trình phát triển, hệ thống hạ tầng còn ở mức lạc hậu Để phát triển kinh tế, một trong những nhiệm vụ đầu tiên là cần đầu tư xây dựng hoàn chỉnh hệ thống hạ tầng giao thông vận tải Xác định được vấn đề này, trong khoảng 10 năm trở lại đây, nhiều tuyến đường đã được đầu tư mở rộng hoặc xây dựng mới Theo số liệu thống kê thì tổng kinh phí đầu tư cho việc xây dựng chiếm khoảng 40% ngân sách

Tuy nhiên, do một số nguyên nhân chủ quan và khách quan, nhiều công trình xây dựng đã xảy ra sự cố ngay cả trong quá trình thi công và cả trong quá trình khai thác, đặc biệt là nhiều sự cố công đối với công trình xây dựng trên nền đất yếu, trong đó có sự cố mố cầu

Sự cố công trình theo nghĩa chung nhất, là những vấn đề, những hiện tượng kỹ thuật xảy ra trong quá trình thi công xây dựng cũng như trong quá trình khai thác sử dụng làm cho công trình không thể được thi công hoặc khai thác sử dụng đúng như các dự định ban đầu của các bên hữu quan đối với công trình đó và thường được biểu hiện ở sự vượt quá giới hạn của một hoặc vài trạng thái làm việc (cường độ, ổn định, biến dạng, sử dụng, ) của một bộ phận công trình đang xây dựng, đang khai thác sử dụng hoặc của các công trình hiện hữu liền kề trong phạm vi ảnh hưởng của tác nhân gây sự cố

Theo số liệu thống kê của Bộ Xây dựng thì nguyên nhân chính xảy ra sự cố công trình là do sai sót trong quá trình thiết kế (chiếm 60%) Những sai sót trong thiết kế thường dẫn tới hư hỏng nghiêm trọng cho hệ kết cấu, việc sửa chữa khắc phục những sự cố này rất phức tạp và tốn kém Trên địa bàn cả nước, thời gian gần đây đã có một số công trình xảy ra sự cố trong quá trình thi công công trình như cầu Rạch Lá, cầu Lôi Giang trên tuyến đường Rừng Sác (huyện Cần

Giờ), cầu Kỳ Hà trên tuyến đường vào khu công nghiệp Cát Lái (quận 2), cầu và hầm chui Văn Thánh (quận Bình Thạnh) Đặc biệt, vào sáng 29/9/2007, vụ sập nhịp dẫn số 13 đường vào cầu Cần Thơ trong quá trình thi công đã dẫn đến tổn thất rất lớn về tính mạng và tài sản

Một số nguyên nhân chính dẫn đến sự cố công trình:

- Do số liệu khảo sát không chính xác dẫn đến kết quả tính toán trong thiết kế chưa phù hợp với điều kiện tự nhiên của khu vực xây dựng

- Do hồ sơ thiết kế chưa phù hợp: Có thể do sử dụng kết quả khảo sát không chính xác hoặc do người thiết kế đưa ra phương án thiết kế không hợp lý

- Do việc tổ chức thi công không phù hợp với thực tế và không tuân thủ theo thiết kế bản vẽ thi công

- Do điều kiện khai thác công trình không đúng theo yêu cầu thiết kế Việc xảy ra sự cố công trình đã gây ra những tác động tiêu cực, cụ thể:

- Về kinh tế: Kéo dài thời gian thi công công trình, không đáp ứng theo tiến độ dự kiến, tăng chi phí đầu tư cho công trình

- Về xã hội: Công trình không được đưa vào sử dụng đúng tiến độ gây hạn chế trong việc phát triển chung, làm giảm lòng tin của người dân

Xác định được vấn đề này, nên trong luận văn Thạc sỹ, tôi đi sâu vào

“Phân tích nguyên nhân và đề xuất biện pháp xử lý sự cố mố cầu xây dụng

trên đất yếu”

2 Mục đích nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết để xác định nguyên nhân xảy ra sự cố mất ổn định, hư hỏng của mố các công trình cầu xây dựng trên đất yếu

- Tính toán và xây dựng phương án xử lý, khắc phục sự cố của cầu một cách tiết kiệm, tiến độ hợp lý nhằm sớm hoàn thành cầu, đưa vào khai thác hiệu quả, an toàn

- Rút được kinh nghiệm trong việc thiết kế công trình và thi công mố cầu trên đất yếu

3 Nội dung nghiên cứu:

Với đề tài “Phân tích nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố mố cầu trên

đất yếu”, nội dung đề tài bao gồm 4 chương, cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan về tình hình sự cố mố cầu xây dựng trên nền đất yếu

Chương 2: Phân tích nguyên nhân gây ra sự cố mố cầu:

Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mố cầu:

Chương 4: Phân tích nguyên nhân và giải pháp xử sử lý sự cố mố cầu Kỳ Hà

(quận 2, thành phố Hồ Chí Minh)

4 Giới hạn luận văn:

4.2 Phần chưa nghiên cứu:

4.2.1 Đối với mố cầu xây dựng trên nền đất yếu, ảnh hưởng của dịng chảy gây xĩi

lở mố cầu cũng là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố mố cầu Tuy nhiên, trong luận văn này chưa phân tích và tính tốn đến ảnh hưởng dịng chảy đối với xĩi

lở đất đắp trước mố gây ra sự cố

4.2.2 Luận văn cũng chưa đề cập đến ảnh hưởng của động đất đối với sự ổn định của mố cầu nĩi chung và khối đất đắp sau mố

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỰ CỐ

MỐ CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái quát về sự cố công trình:

Sự cố công trình được hiểu là những hiện tượng kỹ thuật xảy ra trong quá trình xây dựng hoặc khai thác, làm cho công trình không thể tiếp tục xây dựng hoặc không thể khai thác bình thường Sự cố công trình là thường là biểu hiện của một hoặc một vài trạng thái làm việc nào đó (cường độ, ổn định, biến dạng, nứt) của công trình Bộ phận công trình đang xây dựng hoặc công trình phụ trợ, đã vượt quá giới hạn

Có nhiều cách phân loại sự cố công trình, nhưng thông thường dựa vào 5 cách sau đây:

1.1.1 Theo thời gian phát sinh sự cố:

- Ngay trong quá trình thi công

- Sau khi nghiệm thu nhưng chưa đưa vào sử dụng hoặc trong quá trình khai thác

1.1.2 Theo nguyên nhân phát sinh sự cố:

- Sự cố do lỗi trong quá trình khảo sát, thiết kế

- Chất lượng vật liệu và chế phẩm xây dựng kém

- Công nghệ thi công không tốt hoặc quản lý thi công không chu đáo

- Sử dụng công trình không đúng quy định

- Do những rủi ro gây ra: như động đất, bão, hỏa hoạn

1.1.3 Theo tính chất nguy hiểm hoặc ảnh hưởng do sự cố gây ra:

- Ảnh hưởng đến đến việc tiếp tục thi công

- Ảnh hưởng đến đến an toàn kết cấu

- Ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất hoặc sử dụng bình thường

- Giảm độ bền của công trình;

- Ảnh hưởng đến vẻ đẹp của công trình

1.1.4 Theo phương thức xử lý sự cố:

- Sửa chữa sai lệch về kích thước, vị trí, hình dáng

- Gia cố tăng cường nền móng, cấu kiện hoặc toàn bộ công trình

- Phải dỡ bỏ, xây lại

1.1.5 Theo tính chất của sự cố:

- Sụp đổ một phần hoặc hoàn toàn

- Bị nứt; sai lệch vị trí; kết cấu bị biến dạng lớn hoặc nghiêng, võng

- Sự cố về nền đất, về móng

1.2 Một số nguyên nhân gây ra sự cố cơng trình:

1.2.1 Sự cố do lún không đều: Sự cố lún không đều có thể do khảo sát nền đất,

thiết kế và thi công không đúng kỹ thuật gây ra Thông thường, các sự cố này xảy

ra đối với khối đất đắp sau mố hoặc đất đắp tứ nón mố cầu

1.2.1.1 Sự cố do sai sót trong quá trình khảo sát đất nền:

- Cung cấp số liệu về các tính chất cơ lý của đất nền không chính xác

Do đó người thiết kế dựa vào số liệu này không phù hợp

- Khoảng cách giữa các lỗ khoan quá lớn nên không thể phản ánh tình hình thực tế của các lớp đất và thế nằm, vị trí của nó trong nền đất

- Độ sâu các lỗ khoan thăm dò không đủ nên không thể xác định được chiều dày các lớp đất nằm trong phạm vi ảnh hưởng của móng và nhất là không xác định được lớp đất chịu lực

- Báo cáo khảo sát địa chất và thí nghiệm địa chất không rõ ràng chuẩn xác

- Phương pháp lấy mẫu và vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm không đúng với điều kiện làm việc của đất nền dưới tải trọng lúc thi công và lúc khai thác sử dụng công trình sau này

1.2.1.2 Sự cố do lỗi thiết kế: Đối với công trình trên nền đất yếu thì sự cố xảy ra

mà nguyên nhân lỗi do thiết kế cũng thường xảy ra Các nguyên nhân thường gặp:

- Sức chịu tải của đất nền không đủ để tiếp thu tải trọng công trình truyền xuống móng do những chỉ tiêu dùng để tính toán cường độ của đất nền (như lực dính, góc ma sát, trọng lượng đơn vị của đất) xác định không đúng hoặc không phù hợp với điều kiện thực tế của đất nền khi chịu tải trọng

- Dự tính độ lún công trình không đúng Sai sót này thường do chọn không hợp lý mô đun biến dạng của nền, độ dày các lớp đất chịu ảnh hưởng xác định không chính xác

- Dự kiến khơng hết ảnh hưởng của tải trọng và sự thay đổi mơi trường địa chất trong tương lai để cĩ giải pháp phịng tránh Cụ thể:

+ Ảnh hưởng động: Tác động của tải trọng động do máy mĩc thi cơng (như đĩng cọc, đầm đất…) gây ra hoặc do các phương tiện lưu thơng

+ Bỏ qua tải trọng do lớp đất san nền

1.2.2 Sự cố cơng trình cĩ nguyên nhân do tác động của tải trọng động:

Tác động của động lực lên cơng trình cĩ rất nhiều dạng như động đất, bão Bất kỳ nguồn chấn động nào tác dụng lên mặt đất tự do hoặc trong lịng đất đều sản sinh ra 3 loại sĩng đàn hồi (sĩng dọc, sĩng ngang và sĩng mặt)

Các sĩng đàn hồi này ảnh hưởng xấu đến cơng trình xây dựng trong khu vực tác dụng của sĩng Chính sĩng chấn động này cũng là nguyên nhân gây ra sự cố (như sự cố trong quá trình đĩng cọc)

Nền móng luôn là cơ sở của của mọi loại công trình, vì vậy những hư hỏng cũng như sự cố công trình có nguyên nhân từ nền hoặc móng bao giờ cũng được nghiên cứu thận trọng, toàn diện và cũng rất phức tạp Đối với các công trình xây dựng trên nền đất yếu thì khả năng xảy ra sự cố lớn hơn nhiều so với các công trình xây dựng trên khu vực đất nền có khả năng chịu lực cao

1.3 Khái niệm đất yếu, sự phân bổ các vùng đất yếu ở Việt Nam:

1.3.1 Khái niệm về đất yếu:

Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 1,0daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), mô đun biến dạng thấp (thường thì Eo = 50daN/cm2), lực chống cắt nhỏ… Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được

0,5-Đất yếu là các vật liệu mới hình thành (từ 10.000 đến 15.000 năm tuổi), có thể chia đất yếu thành 3 loại: Đất sét hoặc á sét bụi mềm, có hoặc không có chất hữu cơ; than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn

Tất cả các loại đất này này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo các điều kiện thủy lực tương ứng: Bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao hồ… Trong các loại đất này đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, tam giác châu, cửa sông…) tạo thành một họ đất yếu phát triển nhất Ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e≥1,5; đất á sét bụi e≥1), lực dính không thoát nước

Cu≤0,15daN/cm2, góc nội ma sát φu=0, độ sệt Il>0,5 (trạng thái dẻo mềm)

Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn hoặc đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các trầm tích hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 – 80%

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình 90% và có thể lên tới vài trăm phần trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất; hệ số nén lún có thể đạt 3 -8 -10cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40-50cm

W=80-Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng:

- Hàm lượng bùn hữu cơ từ 20 – 30%: đất nhiễm than bùn

- Hàm lượng bùn hữu cơ từ 30 – 60%: đất than bùn

- Hàm lượng bùn hữu cơ trên 60%: than bùn

Bùn là các loại đất mới được hình thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (<20µm) với tỷ lệ phần trăm các hạt <2µm cao, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10%

Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy vũng, vịnh, hồ hoặc các cửa sông; nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy triều Bùn luôn

no nước và rất yếu về mặt chịu lực Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, mô đun biến dạng vào khoảng 1-5daN/cm2 với bùn sét và 10-25daN/cm2 với bùn

á sét, bùn á cát; hệ số nén thì có thể lên tới 2-3cm2/daN Như vậy bùn là những trầm tích sét chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt

1.3.2 Phân bố các vùng đất yếu của Việt Nam:

Các vùng đất mềm yếu ở Việt Nam chủ yếu là những tầng trầm tích mới được thành tạo trong kỷ thứ 4 Theo kết quả nghiên cứu về địa chất và địa lý, tầng đất trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở các miền đồng bằng, trong đó có 2 đồng bằng lớn nhất là đồng bằng Bắc bộ và đồng bằng Nam bộ Căn cứ vào nguồn gốc và điều kiện hình thành các đồng bằng, đồng thời dựa vào tài liệu thăm dò địa chất công trình, sơ bộ có thể nhận xét đặc điểm chung của các tầng đất mềm yếu ở Việt Nam như sau:

1.3.2.1 Tầng đất yếu ở đồng bằng Bắc bộ:

Chủ yếu là loại trầm tích tam giác châu cũ và tam giác châu thổ của 2 sông lớn là sông Hồng, sông Thái Bình và các chi lưu của chúng Miền đồng bằng này có diện tích rất rộng (khoảng 15.000km2 và ít đồi núi sót) Vùng phù sa sông Hồng chiếm diện tích rộng nhất trong miền này Theo tài liệu địa chất kiến tạo Việt Nam thì đồng bằng Bắc bộ được hình thành trên một miền võng rộng lớn, đầu tiên chịu chế độ biển, rồi đến chế độ vũng hồ và trên đó là trầm tích kỷ thứ 4 Xét về mặt địa hình, địa mạo thì đây là miền đồng bằng thuộc loại địa hình bồi tụ Do các điều kiện địa chất, địa hình hình như vậy nên chiều dày tầng trầm tích này rất dày, từ vài mét đến hơn 100m

1.3.2.2 Miền đồng bằng ven biển miền Trung:

Là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình Trầm tích kỷ thứ 4 ở đây thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thường là loại phù sa bồi tích

Vùng duyên hải thuộc loại trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần hay còn gọi là bồi tích trong điều kiện lắng đọng tĩnh

1.3.2.3 Đồng bằng Nam bộ:

Nguồn gốc của các tầng đất yếu đều là các loại trầm tích của châu thổ (sông, bãi bồi, tam giác châu), trầm tích bờ, vùng vịnh và đều thuộc thuộc trầm tích kỷ thứ 4 Các dạng trầm tích thường gặp là các loại bùn, đất dính có trạng

thái từ dẻo mềm đến chảy và cát nhỏ bão hòa Ngoài ra còn gặp các loại đất lầy, đất mặn sú vẹt ở ven biển, than bùn ở miền rừng ngập mặn… Về đặc điểm cấu tạo thì các vỉa đất yếu thường gồm nhiều lớp đất tạo thành và không đồng nhất Ở miền đồng bằng, cấu tạo của các vỉa đất yếu khá phức tạp Các lớp đất yếu thường nằm xen kẽ nhau, hoặc nằm giữa các lớp đất có khả năng chịu lực tốt hơn Chiều dày các vỉa đất khá lớn

1.4 Sự cố mố cầu trên đất yếu - nguyên nhân và các biện pháp phòng chống:

Trước đây, người ta thường xây dựng đường đi qua các khu vực có địa chất tốt để giảm bớt những vấn đề về kỹ thuật Tuy nhiên sự nghiệp xây dựng và phát triển xã hội hiện nay đã đặt ra việc chinh phục và sử dụng các vùng đất mềm yếu để phát triển đô thị, khu dân cư; điều này kéo theo việc xây dựng các công trình hạ tầng giao thông Các công trình xây dựng trên nền đất yếu có nguy

cơ xảy ra sự cố rất lớn, mà đặc trưng nhất của sự cố công trình giao thông là sự cố xảy ra đối với mố cầu

Trong công trình cầu, mố cầu thuộc kết cấu phần dưới, được chôn trong đất, nằm trong vùng ẩm ướt chịu xâm thực, xói lở Mố có các chức năng cơ bản:

- Đỡ kết cấu nhịp, chịu tải trọng thẳng đứng và nằm ngang từ kết cấu nhịp truyền xuống

- Mố là bộ phận chuyển tiếp và bảo đảm xe chạy êm thuận từ đường vào cầu

- Mố cầu làm nhiệm vụ của một tường chắn, chịu áp lực ngang của đất đắp, bảo đảm ổn định của nền đường đầu cầu

- Mố cầu là một công trình điều chỉnh dòng chảy, đảm bảo chống xói lở bờ sông

Với các chức năng cơ bản trên, trong công trình cầu mố cầu cũng là một bộ phận thường xảy ra sự cố, đặc biệt là các công trình cầu xây dựng trên nền đất yếu Các sự cố mố cầu xảy ra cả trong quá trình thi công và cả trong quá trình khai thác công trình

1

3 4 2

5 6

Cọc mố cầu Dầm cầu

Hình 1.1: Các bộ phận cấu tạo của mố cầu

(1) - Tường đỉnh: là bộ phận chắn đất sau dầm chủ hoặc dầm mặt cầu, có chiều cao tính từ mặt cầu đến mặt kê gối

(2) - Tường cánh: là các tường chắn đất chống sụt lở của nền đường theo phương ngang cầu

(3) - Mũ mố: là bộ phận để kê gối cầu, chịu áp lực trực tiếp từ kết cấu nhịp truyền xuống

(4) - Tường thân mố hay tường trước: là bộ phận đỡ tường đỉnh và mũ mố (5) - Móng mố: là bộ phận đỡ tường trước hoặc tường thân và tường cánh (6) - Đắp đất nón mố: là công trình chống xói lở, lún sụt ta-luy nền đường tại vị trí đầu cầu, đồng thời có tác dụng như một công trình dẫn dòng chảy

Với cấu tạo, vị trí làm việc như trên, sự cố mố cầu thường xảy ra là sự cố của phần đất đắp tiếp giáp mố cầu (phần nối tiếp) và sự cố xảy ra đối với mố cầu Bản thân mố cầu làm việc như một tường chắn chịu áp lực ngang của đất do tĩnh tải và hoạt tải Với các mố có chiều cao lớn thì áp lực ngang của đất trở thành rất quan trọng

Hình 1.2: Cầu Quebec ở Canada bị sập ngày 11/11/1996

Hình 1.3: Cầu Mianus ở Greenwich, Connecticut bị sập ngày 28/6/1983

Hình 1.4: Cầu bắc qua sông Mississippi – Mỹ bị sập ngày 01/8/2007 1.4.1 Các vấn đề về ổn định nền đường đoạn tiếp giáp vào cầu:

Cầu là công trình vượt sông, để đảm bảo nhu cầu giao thông thủy các cầu đều phải thiết kế đảm bảo tĩnh không thông thuyền, điều đó có nghĩa là phải nâng cao dầm cầu, mặt cầu kéo theo phải đắp đường vào cầu với chiều cao đắp khá lớn

Khi nền đường đắp trên đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất Nếu sự tăng ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó, phụ thuộc vào tính chất cơ học của đất, thì nền sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đất đắp bị lún nhiều và đột ngột Cùng với sự lún sụp của nền đất đắp, nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên tương ứng Sự cố này xảy ra xảy ra nhanh chóng trong quá trình thi công hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn

Những sự cố này chủ yếu theo 2 dạng:

- Phá hoại do lún trồi: Toàn bộ nền đắp lúng võng vào nền đất yếu đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần chân taluy

- Phá hoại do trượt sâu: Một cung trượt tròn sinh ra do nền đắp bị lún cục bộ ngược với lún lan rộng như lún trượt trồi

Dưới đây miêu tả một số các sự cố điển hình thuộc hai loại trên đã xảy ra trong những năm gần đây:

Vị trí và thời

điểm xảy ra sự

cố Điều kiện địa chất Giải pháp thiết kế và thi công Miêu tả sự cố

Nguyên nhân và biện pháp khắc phục

1 Km0+620 phía

Nam cầu vượt

đường sắt trên

tuyến mới qua

cầu Hoàng Long

Thời điểm xảy ra

0.25kg/cm2 và

φ = 15”

- Nền đắp cao 7,5m đến 9m, rộng 12,5 taluy 1:1 (taluy được tăng cường bằng lưới địa kỹ thuật mỗi bên 5,5m với khoảng cách các lớp lưới theo chiều cao là 1,5m)

- Xử lý bấc thấm sâu 14.5m, khoảng cách bấc theo chiều ngang 1.2m và theo chiều dọc 1.04m

- Thay đất bằng 1m cát đệm rồi rải vải địa kỹ thuật loại sợi dệt; trên vải lại rải cát thoát nước dày 0,5m

- Tốc độ đắp nền đất trên đệmcát:

Tháng 11/1998 đắp cao 119cm

Tháng 12/1998 không đắp

Tháng 1/1999 đắp thêm 142cm

Tháng 2/1999 đắp thêm 89cm 10 ngày đầu tháng 3/99 đắp

-Đắp đến chiều cao 6,8m (chưa đến cao độ thiết kế) thì xẩy ra lún sụt

- 8 h sáng (phát hiện các khe nứt dọc và ngang 3 -4mm)

- Khe nứt phát hiện trên một đoạn dài 140m, đến 11h thì lún sụt 1,8 – 2,0m, bề rộng khe nứt vỡ tới 1,6 – 1,8m sâu suốt thân nền

- Hai bên ruộng lúa bị đẩy trồi lên cao từ 0,6 – 0,8m trong phạm vi mỗi bên 20cm kể từ chân taluy ra

- Số liệu đo lún tháng 1/1999 đã đạt tới 104mm/ngày

- Trong 10 ngày đầu tháng 3 tốc độ đắp tăng nhanh hẳn hơn các tháng trước (180cm/10 ngày);

Nguyên nhân:

đắp tăng quá nhanh vượt tốc độ cố kết cần thiết

Giải pháp xử lý:

+ Đào bỏ nền lún sụp

+ Đổi taluy đắp từ 1:1 sang 1:2

+ Dùng bệ phản áp mỗi bên rộng 20m với chiều cao 2.5 – 3.0m và đắp phản áp đồng thời với nền đắp

Kết quả: nền

đường ổn định

thêm 180cm II.Nam cầu Trìa

-Lớp3: 6-9,6m:

sét xám đen, dẻo chảy, C=0,03Kg/cm2 ;

φ =2o17’

-Lớp 4: 3,5 –

5,5 m sét nâu lẫn sỏi sạn, nửa cứng

- Nền đắp mở rộng nhiều về phía trái , cao 5,4m bề rộng nền 12,5m , taluy 1:1,5

- Đắp trực tiếp

- Lún sụt, trượt trồi về phía trái, trên 1 đoạn dài 50m từ tim đườn vùng trượt rộng 26m

- Đất ruộng bị đẩy trồi lên hàng mét

-Tại tim và trên ợăt nền xuất hiện nứt dọc rất lớn và sâu

Nguyên nhân:

-Không khảo sát địa chất (xem là nền đường cũ dắp mở rộng)

- Đắp không theo dõi lún, không tính toán chiều cao đắ giới hạn

-Lớp 2: Dày

0,8m sét xám vàng, nâu, dẻo mềm

-Lớp 3: Dày

8,7m bùn sét lẫn hữu cơ có C=0,15Kg/cm2

-Lớp 4: sét ở

trạng thái cứng

- Nền rộng 12m đắp cao 1,62m trực tiếp trên đất yếu (có lớp cát đệm 0,7m)

- Để tăng nhanh lún, thiết kế gia tải trước thêm 2,50m Do vậy tổng chiều cao đaps (kể cả đệm cát) là:

1,62+2,5= 4,12m

- Thi công: bóc đất hữu cơ, đắp cát đệm dày 0,7m Từ 21/11đến

23/12/1998 đắp đất 0,9m (đạt độ cao thiết kế)

-24/12/1998 đắp phần gia tải trước thêm 2,5m trong 81 ngày

- Vừa đắp đủ 4,1m vào 17/3/1999 thì sự

cố xảy ra

- Nứt dọc tại tim đường rộng hàng mét, sâu dưới thân nền đắp trên đoạn dài 125m

- Cả nền đường lún xuống 1- 2,8m

- Hai bên ruộng lún bị đẩy trồi lên cao 1.0 – 1.5m trong phạm vi 8 -10m kể từ chân taluy trở ra

- Trượt trồi cả 2 bên

Nguyên nhân:

- Không tính toán trước chiều cao đắp giới hạn

- Quá trình đắp không theo dõi tốc độ lún hàng ngày

- Áp dụng giải pháp gia tải trước không thích đáng

Xử lý khắc phục:

- Đào bỏ nền đường bị trượt trồi

- Đắp lại nhưng chỉ đắp đến chiều cao thiết kế là 1,62m

Kết quả: Nền ổn

định

Lớp2: đất yếu,

bùn sét yếu đến yếu; dày 7,9m có

dự kiến gia tải trước thêm 1,5m

- Xử lý đất yếu bằng bấc thấm cắm sâu 8m với khoảng cách 1.6m; có tầng cát đệm đầy 0,7 – 1.0m

- Lún sụp và trượt trồi về cả

2 phía

- Nứt dọc ở tim với bề rộng vết nứt đến 1.0m, dài suốt đoạn 127m

-Đất ruộng 2 bên bị đẩy lên cao hơn 1.0m

-Sự cố xẩy ra khi thực tế đắp cao đượpc 4.9 – 5.2m (tức là chưa đủ chiều cao gia tải trước)

Nguyên nhân:

-Không kiểm toán ổn định trước đối với trường hợp đắp cao hơn 4m (sau kiểm toán cho thấy chiều cao đắp giới hạn là 4m)

- Từ 1/7/1999 không theo dõi lún(khi đắp cao được 3.73 - 4.24m)

- Trong 1 tuần tháng 6/1999 đã có tốc độ lún gần 10mm/ngày

Xử lý khắc phục:

- Đào bỏ đoạn bị phá hoại

- Cắm lại bấc thấm như thiết kế trước

-Khống chế tốc độ đắp và theo dõi chặt tốc độ lún trong quá trình đắp

Các hiện tượng lún kéo dài:

Lún trong thời gian đắp

Lún sau khi đưa đường vào khai thác (cm)

Tốc độ lún lớn nhất khi đắp (cm/ngày)

Ghi chú

(cm) (cả đắp gia tải)

-Nền đắp mở rộng bên phải đường cũ cao 3m

- Xử lý giếng cát

12 tháng sau khi đưa đường vào khai thác lún thêm 43cm

1.11 đến cm/ngày - Lún võng về

phía đắp mở rộng, không nứt

- Khai thác bình thường

taluy 1:1.5

20 tháng sau khi đưa vào khai thác lún 21cm

Không theo dõi -Có nết nứt trên

mặt đường rộng 5mm (vì móng mặt đường là bằng đá gia cố xi măng), sâu 20cm; -Khai thác bình thường

- Lơp1 1 dầy 4.1m sét pha cát xám đen,

- Đắp cao 12m (cả dự phòng

Phía sát mố Hà Nội:

QL 5 dẻo chảy lún);

nền rộng 23m;

taluy 1:2

sát mố Hải

Phòng:

201,6cm

với đường nứt ngang

-Liên tục rải bê tông nhựa bù phụ

C=0.1Kg/cm2;

φ = 8”30’

- Dưới là sét dẻo cứng

- Phía Hà Nội:

ở trên có thêm lớp “vỏ cứng”

dầy 1.1m

- Xử lý bấc thấm sâu 17 – 19m

128,4cm/52.4cm

Tử số kể từ khi đắp xong; mẫu số là kể từ khi đưa đường vào khai thác được

12 tháng (đến rháng 4/1998)

Trong 128,4cm có 52,4 cm lún trong 12 tháng

-Từ

tháng 4/98 vẫn còn tiếp tục lún một số năm (chưa có số liệu cập nhật tiếp)

-Đắp cao 10 – 12m

- Xử lý bấc thấm

222.2cm –

205.4cm (cả trong thời gian đắp và chờ

trước khi đưa vào khai thác)

10.7 – 17cm sau tháng đưa vào khai thác

đều, tạo bậc và nứt

ngang trước mố;

-Rải bù

- Vẫn còn lún (Chưa có số liệu cập

nhật tiếp)

đắp trực tiếp 4 -5m cao

3,3 – 11,7cm sau 10 tháng đưa vào khai thác

Không

gọi là sự cố

1 4.2 Sự cố do các vấn đề về nối tiếp giữa đất đắp với nền móng công trình:

Một số sự cố mố cầu xây dựng trên nền đất yếu thường gặp là:

1.4.2.1 Sự cố trong quá trình đóng cọc:

- Cọc bị gãy trong quá trình đóng, thông thường do chiều dài tự do của

cọc lớn kèm theo năng lượng búa đóng cọc không hợp lý, hoặc búa đóng lệch tâm

cọc

- Đầu cọc bị đẩy khỏi vị trí thiết kế do đất đắp hoặc do tập kết vật tư,

thiết bị gần vị trí cọc

Một số công trình bị sự cố như dạng này như cầu Lôi Giang (trên tuyến

đường Rừng Sác - huyện Cần Giờ)

1.4.2.2 Sự cố do đắp đất sau mố:

- Đất đắp sau mố quá cao, khối đất đắp đẩy mố dịch chuyển khỏi vị trí

thiết kế

- Khối đất đắp mất ổn định dẫn đến trượt theo cung tròn hoặc trượt sâu

theo phương ngang hoặc phương dọc mố

Hình 1.5: Sự cố mố cầu Kỳ Hà - quận 2 - TP Hồ Chí Minh

Hình 1.6: Sự cố đoạn đường vào mố cầu nông thôn tại Long An

1.4.3 Sự cố do xói lở mố cầu:

- Dưới tác động của dòng chảy gây ra sạt lở mố cầu

1.4.4 Nền đường tiếp giáp với mố bị lún:

Do khối đất đắp lớn trên nền đất chưa cố kết Vì vậy trong quá trình khai thác dưới tác dụng của tải trọng bản thân và tải trọng của phương tiện lưu thông, khối đất đắp sau mố bị lún

1.4.5 Hệ móng cọc của mố cầu mất ổn định:

Dưới tác dụng của nền đắp, nền đất yếu sẽ bị lún và gây ra các lực ma sát âm tác dụng lên cọc mà giá trị của nó có khi còn lớn hơn nhiều khả năng chịu tải của cọc Mặt khác biến dạng của nền đất yếu còn làm tác dụng lên cọc lực đẩy ngang khá lớn gây mất ổn định của cọc

Hình 1.7: Cầu Cả Nai - An Giang bị lún sau mố 1.5 Một số sự cố liên quan đến nền móng công trình trên đất yếu:

Sự cố nền móng có biểu hiện đặc biệt đa dạng vì liên quan đến đặc tính và bản chất ứng xử phức tạp của môi trường địa chất Một số sự cố nền móng mà

ở những khía cạnh, mức độ khác nhau đều mang rõ nét trách nhiệm của chủ thể trong quản lý dự án xây dựng

1.5.1 Hầm chui Văn Thánh:

Đường chui bên dưới đường dẫn lên cầu Văn Thánh 2 là một hạng mục công trình bổ sung trong quá trình thi công đường Lê Thánh Tôn để giải quyết việc qua lại của nhân dân hai bên đường Đường chui được bố trí ở đoạn đường đắp cao sau 2 mố cầu, có dạng cống hộp BTCT gồm 2 khoang rộng 5m, tĩnh không 2,5m Đất nền dưới hầm chui được gia cố bằng cừ tràm dài 4,5 m, đương kính 8-10 cm, mật độ 25 cây/m2 Theo cách này, đường hầm chỉ được bắt đầu thi công sau khi nền đường đắp dẫn lên cầu đã ổn định lún (theo thiết kế - khoảng tháng 5/2002) Tuy nhiên đơn vị thiết kế đã không chỉ ra điều kiện này và đã cùng với chủ đầu tư, tư vấn giám sát để đơn vị thi công tiến hành thi công đồng thời hầm chui và đắp nền đường (vào tháng 8/2001) Kết quả là hầm chui bị lún theo cùng quá trình lún của đường đắp (sau 8 tháng 20 ngày, độ lún đo được là

112 cm) Hầm chui không thể sử dụng được vì chiều cao thông thoáng tại cửa hầm chỉ còn 1,5 m không còn ý nghĩa sử dụng và nước tràn ngập trong đường hầm Đường hầm bắt buộc phải tháo bỏ và tiến hành cứu chữa bằng phương án sử dụng hệ móng cọc

Hình 1.8: Hầm chui Văn Thánh (nhìn phía trên đỉnh)

Hình 1.9: Đoạn nối tiếp giữa hầm chui và đường

Chương 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ MỐ CẦU

XÂY DỰNG TRÊN ĐẤT YẾU

Mố cầu vừa có chức năng của trụ cầu (chịu tải trọng từ nhịp truyền xuống), vừa có chức năng của một tường chắn đất chịu áp lực ngang của đất do tĩnh tải và hoạt tải Với các chức năng trên thì sự cố mố cầu xảy ra thường do các nguyên nhân:

- Sự cố xảy ra do nguyên nhân của nền đất đắp sau mố

- Sự cố xảy ra do nguyên nhân của móng cọc mố cầu

- Sự cố xảy ra do nguyên nhân của xói lở taluy mố cầu

2.1 Độ lún và các đặc trưng biến dạng của đất tại chỗ:

Tùy theo chiều cao của nền đất đắp và chiều dày của các lớp đất yếu mà các nền đất xây dựng trên đất yếu có thể lún đến vài mét Sự phát triển của độ lún theo thời gian là tương đối chậm so với sự phá hoại do trượt thường xảy ra đột ngột khi đang thi công Tuy nhiên quá trình lún sẽ ảnh hưởng đến độ êm thuận của đường vào cầu và các công trình lân cận Ngay tại vị trí đường vào cầu này, việc lún không đều sẽ gây khó khăn cho quá trình lưu thông, ảnh hưởng đến an toàn trong giao thông

Để nghiên cứu sự phát triển biến dạng của đất theo thời gian, cần phải nắm được các đặc trưng vật lý và cơ học sau:

- Các đặc trưng vật lý phản ánh trạng thái của đất ở một thời điểm đã cho, như trọng lượng, thể tích, độ rỗng, độ bão hòa của đất

- Các đặc trưng biến dạng giữa các hạt cốt liệu do những thay đổi của ứng suất có hiệu Các biến dạng này được nghiên cứu bằng máy nén không nở hông với các độ lún cố kết và nén lún thứ cấp và bằng máy nén 3 trục với các biến dạng dẻo tức thời

- Các đặc trưng về độ thấm được biểu thị theo định luật Darcy: v=ki

- Các đặc trưng độ nhớt của cốt đất thể hiện bằng sự xuất hiện một biến

dạng chậm gọi là nén thứ cấp Nén thứ cấp thường được nghiên cứu theo mô hình

của Bjerrum

Thường tiến hành tính lún của đất yếu dưới nền nền đường bằng cách

xem độ lún có tính chất 2 chiều và gồm các thành phần sau:

S∞ = Si + Sc + S lat + Sησ+ Sητ (2-1)

Trong đó:

S∞ - độ lún cuối cùng

Si - độ lún tức thời (khi đang thi công) xảy ra khi không thoát nước lỗ

rỗng

Sc - độ lún cố kết (hoặc độ lún cơ bản) xảy ra khi thoát một phần nước lỗ

rỗng cùng với việc giảm áp lực nước lỗ rỗng

Sησ - độ lún từ biến do ứng suất pháp

Sητ – độ lúùn từ biến do ứng suất tiếp

2.1.1 Lún tức thời:

Độ lún tức thời được tính toán với giả thiết nền đường là một khối đàn

hồi tuyến tính đẳng hướng và tể tích không đổi (ν=0,5) Độ lún cách tim nền đắp

một cự ly x được tính theo công thức:

Tích số γ*h đại biểu cho tổng áp suất tác dụng lên nền đắp Mô đun đàn

hồi E là mô đun cát tuyến được xác định bởi thí nghiệm ba trục CU với cố kết

dưới trọng lượng của đất tại chỗ (σ’vo)

2.1.2 Độ lún cố kết:

Độ lún cố kết Sc được rút ra từ độ lún không nở hông Soed bằng cách xem tỷ số độ lún tại chỗ trên chiều dày của lớp đất yếu bằng tỷ số độ lún không nở hông trên chiều dày của mẫu đất thí nghiệm chịu cùng tải trọng Để xét đến mô hình ba chiều cần nhân độ lún không nở hông với một hệ số điều chỉnh µ Skempton và Bjerrum:

Việc tính toán độ lún cố kết gồm có hai bước, bước đầu tiên là xác định trường các ứng suất trong đất và bước thứ hai là tính độ lún từ các ứng suất này và từ các kết quả thí nghiệm trong phòng

Với đất nhiều lớp, độ lún của mỗi lớp được tính từ các gía trị trên mặt phẳng giữa của mỗi lớp và độ lún tổng cộng là tổng độ lún thành phần

2.1.3 Lún do chuyển vị ngang:

Hiện nay chưa có phương pháp thống nhất để tính độ lún này, vì vậy độ lún này thường chưa biết khi tính Nếu hệ số an toàn khi kiểm toán độ ổn định lớn hơn 2 thì có thể bỏ qua độ lún này vì các biến dạng dẻo thường rất nhỏ Để giảm thời gian xây dựng nền đắp trên đất yếu người ta chấp nhận một hệ số an toàn tối thiểu là 1,5 - trong trường hợp này không thể bỏ qua độ lún do chuyển vị ngang

Có thể tính độ lún này bằng cách cho thể tích tương ứng với các chuyển

vị ngang phân bố dưới dạng độ lún phụ thêm của đất như hình vẽ

Một số nước đã áp dụng phương pháp kinh nghiệm bằng cách nhân độ lún cố kết với một hệ số từ 1,2 đến 1,7

2.1.4 Lún do từ biến:

Độ lún do từ biến được tính theo công thức:

t

t C e

H

o

o fl

2.2 Tính thời gian lún:

Terzaghi đã trình bày phân tích đầu tiên về sự cố cố kết của bão hòa Việc phân tích này dựa trên miêu tả đơn giả đối với đất và không phải luôn phản ánh tình hình làm việc thực tế Nó giả thiết hiện tượng cố kết là một chiều và đất gồm một bộ cốt chịu biến dạng đàn hồi tuyến tính, bão hòa một chất lỏng không lún Ngoài ra nó còn giả thiết môi trường là đồng nhất với các đặc tính độ thấm và độ nén lún không đổi trong quá trình cố kết, và định luật Darcy luôn đúng

Lý thuyết Terzaghi: Bằng cách xem độ lún là do việc đẩy một thể tích nước lỗ rỗng bằng nó, Terzaghi đã lập phương trình cổ điển của cố kết một chiều:

t

u Z

Cv: hệ số cố kết thẳng đứng

Tích phân biểu thức này ta được áp lực nước lỗ rỗng ở tất cả các điểm của lớp Hình dưới đây cho lời giải của phương trình cố kết dưới dạng những đường đẳng thời của

Các biến dạng là tuyến tính so với ứng suất, độ cố kết U bằng tỷ số cuối cùng của độ lún theo thời gian trên độ lún cố kết cuối cùng

( ) ( )

( )∞

=

t S

t S U

c

c

Với đất nhiều lớp phải xác định một trị số trung bình Cv Khi các giá trị

Cv không khác nhau nhiều, Absi (1965) đề nghị

vi

i v C

h T t

2

= trong từng lớp và lấy Cv

trung bình bằng ( )

2 2

C h

h Trong đó Cvi là ứng với lớp lớp thứ i

Với đất có khả năng từ biến thì phải thêm độ lún cơ bản Sc(t) một độ lún từ biến tỷ lệ với logarit của thời gian t:

t C e

H t S t

++

2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của lún đối với móng cọc mố cầu:

Cầu xây dựng trên móng sâu qua vùng đất yếu mà xung quanh hoặc ngay trên móng cọc là các nền đắp đã bị hư hỏng nghiêm trọng, do sự phá hoại

do trượt sâu của đất nền, hoặc do các chuyển vị (ngang hoặc thẳng đứng) lớn Những hư hỏng lún này thường gây nên lực ma sát âm và các lực đẩy ngang có thể rất lớn gây lên các móng cọc

2.3.1 Lực ma sát âm:

Các móng sâu trong nền đất yếu đang cố kết thường có chịu một áp lực có thể rất lớn do ma sát âm gây ra Nếu không xét tới đầy đủ hoặc bỏ qua hiện tượng này thì về lâu dài, kết cấu có thể bị hư hỏng do móng bị lún quá mức

Khi chuyển vị thẳng đứng (lún) của đất lớn hơn chuyển vị của móng thì xuất hiện ma sát âm Trị số của lực ma sát âm có liên quan với sự cố kết của đất,

phụ thuộc trực tiếp vào ứng suất có hiệu của đất xung quanh cọc Như vậy lực ma sát âm phát triển theo thời gian và có trị số lớn nhất trong quá trình khai thác

Ma sát âm là một hiện tượng phức tạp vì nó phụ thuộc vào nhiều thông số, như độ lún của đất sau khi đóng cọc, sự co ngắn đàn hồi của cọc, quy luật phân bố của ma sát âm trên cọc…Vì vậy để đơn giản khi tính toán, lấy trị số ma sát âm lớn nhất lúc kết thúc cố kết

Trị số ma sát âm lúc cố kết được cộng vào tĩnh tải tác dụng lên móng mà không cộng vào hoạt tải

Tải trọng cho phép của một cọc sẽ chịu lực ma sát âm FQ− n phải được nghiệm lại với 2 bất phương trình:

Hoạt tải S cộng với tĩnh tải sẽ gây ra một sự co ngắn đàn hồi của cọc, đẩy điểm trung hòa lên trên, do đó giảm ma sát âm và tăng ma sát dương lên tức thời Như vậy hoạt tải không gây ra sự tích lũy ma sát âm

Các phương pháp tính lực ma sát âm hiện nay chưa trình bày rõ sự chuyển vị tương đối giữa cọc và đất

2.4 Sự cố đoạn tiếp giáp mố cầu (đường vào cầu):

Đoạn đường vào cầu là phạm vi có độ cao đắp lớn nhất, do vậy có nhiều dạng sự cố xảy ra đối với đoạn đường vào cầu (tiếp giáp với mố cầu), nhưng 02 dạng sự cố thường xảy ra nhất là lún và trượt đoạn đường tiếp giáp với mố

Việc thi công không đúng kỹ thuật dẫn đến nền đường ô tô bị lún nhiều và lún không đều làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình Thông thường, đối với đoạn đường đắp cao (như đoạn đường vào cầu) sẽ có một số giải pháp xử lý như dùng cọc cát, bấc thấm… Tuy nhiên, nếu không khống chế tốc độ đắp hoặc không dự báo đúng tốc độ tăng cường độ chống cắt của đất nền thì sự mất cân bằng giữa tải trọng đắp với cường độ chống cắt trong đất nền sẽ vẫn xảy ra

Việc dự báo quan hệ giữa cường độ chống cắt với tốc độ cố kết một cách chính xác là một việc khó khăn thường dựa vào thực nghiệm Nước Nhật và các nước phương Tây thường dùng quan hệ sau:

C: Cường độ chống cắt sau khi đất yếu đạt mức độ cố kết U

C0: Cường độ chống cắt khi U=0

P0: Áp lực ban đầu lên đất yếu

P

∆ : Aùp lực tăng thêm lên đất yếu do đất đắp

Py: Áp lực tiền cố kết của đất yếu

m: Hệ số tăng cường độ chống cắt dự báo theo A.W.Skempton tùy thuộc vào chỉ số dẻo Ip(tùy thuộc tính chất vật lý của đất yếu) m =0,2-0,5

Để khống chế tốc độ đắp, các nhà tư vấn Nhật Bản đều tính toán theo cách này và thực tế mất ổn định vẫn xảy ra vì có nhiều yếu tố khó chuẩn xác trong công thức (2-9)

2.5 Nhận xét:

- Công trình mố cầu xây dựng trên nền đất yếu có nguy cơ xảy ra sự cố cao, đặc biệt là sự cố có nguyên nhân lún và trượt Do vậy quá trình thiết kế cần phải chú ý đến việc xử lý triệt để vấn đề lún (kể cả lún nền đất yếu và lún của móng cọc)

- Lún do chuyển vị ngang cũng là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố, tuy nhiên hiện nay chưa có phương pháp thống nhất để tính độ lún này Do vậy, trong thiết kế cần xây dựng phương pháp tính phù hợp cho từng công trình

- Ngoài sự cố xảy ra do nguyên nhân lún, sự cố do nguyên nhân móng cọc cũng là một vấn đề cần quan tâm đối với công trình mố cầu Việc xử lý sự cố có nguyên nhân móng cọc rất khó khăn, tốn kém (chủ yếu là phải phá bỏ để xây dựng lại)

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỰ CỐ

MỐ CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái quát về sự cố công trình:

Sự cố công trình được hiểu là những hiện tượng kỹ thuật xảy ra trong quá trình xây dựng hoặc khai thác, làm cho công trình không thể tiếp tục xây dựng hoặc không thể khai thác bình thường Sự cố công trình là thường là biểu hiện của một hoặc một vài trạng thái làm việc nào đó (cường độ, ổn định, biến dạng, nứt) của công trình Bộ phận công trình đang xây dựng hoặc công trình phụ trợ, đã vượt quá giới hạn

Có nhiều cách phân loại sự cố công trình, nhưng thông thường dựa vào 5 cách sau đây:

1.1.1 Theo thời gian phát sinh sự cố:

- Ngay trong quá trình thi công

- Sau khi nghiệm thu nhưng chưa đưa vào sử dụng hoặc trong quá trình khai thác

1.1.2 Theo nguyên nhân phát sinh sự cố:

- Sự cố do lỗi trong quá trình khảo sát, thiết kế

- Chất lượng vật liệu và chế phẩm xây dựng kém

- Công nghệ thi công không tốt hoặc quản lý thi công không chu đáo

- Sử dụng công trình không đúng quy định

- Do những rủi ro gây ra: như động đất, bão, hỏa hoạn

1.1.3 Theo tính chất nguy hiểm hoặc ảnh hưởng do sự cố gây ra:

- Ảnh hưởng đến đến việc tiếp tục thi công

- Ảnh hưởng đến đến an toàn kết cấu

- Ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất hoặc sử dụng bình thường