NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý củ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-  -

NGUYỄN ANH WUYN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP

SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN

CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-  -

NGUYỄN ANH WUYN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP

SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN

CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số : 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HOÀNG PHƯƠNG HOA

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả

Các số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Wuyn

LỜI CẢM ƠN

u tiên, tôi in bày t l ng biết n sâu s c đến ngư i th y PGS TS

Hoàng Phương Hoa đ tận tình hư ng n ch y, t o m i đi u kiện và đ ng

viên tôi rất nhi u đ tôi c th hoàn thiện được luận văn này Trong suốt quá trình thực hiện, th y đ y cho tôi hình thành lối tư uy khoa h c, sự nhận thức sâu s c và sự đánh giá đ ng đ n khi tiế nhận nh ng kiến thức m i

ng th i, tôi in cảm n đến các th y, các cô trong B môn C u H m trư ng i H c Bách Khoa à Nẵng đ nhiệt tình giảng y, truy n đ t cho

ch ng tôi nh ng kiến thức m i m và b ích, đ ch ng tôi c th vận ng n trong công việc của mình

Tôi c ng in được cảm n đến Khoa đào t o sau đ i h c - i h c Bách Khoa à Nẵng đ t o m i đi u kiện và gi đ đ ch ng tôi c th hoàn thành

kh a h c này

Cuối c ng, tôi muốn bày t l ng biết n sâu s c đến gia đình, nh ng ngư i b n và đ ng nghiệ đ t o đi u kiện, đ ng viên, gi đ tôi trong nh ng ngày tháng h c tậ và nghiên cứu

Xin chân thành cảm n!

à Nẵng, ngày tháng năm

Tác giả luận văn

Nguyễn Anh Wuyn

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Học viên: Nguyễn Anh Wuyn Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 85.80.205 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Lún đoạn đường đầu cầu là hiện tượng rất hay gặp trên các công trình đường ô tô,

đặc biệt là đường ô tô đắp trên đất yếu Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp và hiệu quả Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt là khu vực miền Nam Việc đưa ra một số biện pháp xử lý nền đất yếu mới để lựa chọn những giải pháp tối ưu áp dụng cho các công trình một cách có hiệu quả là rất cần thiết Trong toàn bộ tuyến đường ô tô, đoạn đường đắp đầu cầu là một trong những hạng mục công trình quan trọng, đòi hỏi phải có những nghiên cứu và xử lý bằng các giải pháp kỹ thuật riêng biệt mới có thể đáp ứng được yêu cầu về cường

độ, độ ổn định, sự êm thuận và thẩm mỹ Luận văn cao học này tập trung nghiên cứu giải pháp lựa chọn kết cấu sàn giảm tải hợp lý cho đường đầu cầu, nội dung nghiên cứu bao gồm các phương pháp tính toán hệ số nền, nguyên lý tính toán sàn giảm tải và áp dụng hệ số nền để tính toán, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải hợp lý cho đường đầu cầu của một dự án thực tế

Từ khóa – Sàn giảm tải, hệ số nền, đường đầu cầu

RESEARCH SOLUTIONS USING THE LOAD REDUCE FLOOR TO AGAINST

SUBSIDENCE FOR THE FIRST ROAD BRIDGE

ABSTRACT: The first section of the road lies the bridge is a very common phenomenon

on the construction of highways, especially the street cars up on weak ground In actual construction, there are a lot of works that are sunk, collapsed when built on a weak ground due to no suitable and effective treatment measures Vietnam is known to be home to many of the weak soil, especially in southern areas Making some weak ground handling measures new to choose optimal solutions that apply to the work in a way that effectively

is essential In the entire automobile roads, ramp up the top of the bridge is one of the important projects, requiring research and processed by the separate technical solutions can meet the requirements of the intensity , the stability, the pros and aesthetics This master thesis focuses on the floor texture selection solution reduces the load for the first line, the content of research include the method of calculating the coefficient of the background, the principle of reducing the load floor calculations and apply the background factor to calculate choice of floor texture, reduce the load for the first line of the project a reality

Key words – The load reduce floor, background factor, the first road bridge

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học- thực tiễn của đề tài 2

6 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 4

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu 4

1.2 Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu 5

1.2.1 Khái niệm đất yếu 5

1.2.2 Phân loại đất yếu 6

1.2.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông [2], [3] 7

1.2.4 Một số giải pháp công nghệ mới xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông 22

CHƯƠNG 2 CÁC YÊU CẦU VỀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA LÚN ĐOẠN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 33

2.1 Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu 33

2.1.1 Yêu cầu đảm bảo ổn định của công trình nền đắp trên nền đất yếu và phương pháp kiểm toán ổn định 33

2.1.2 Yêu cầu về độ lún cho phép và phương pháp dự báo lún 35

2.1.3 Phương pháp dự báo tổng cộng 37

2.1.4 Xác định sức chịu tải của cọc 41

2.1.5 Kiểm tra điều kiện chọc thủng sàn 43

2.1.6 Kiểm toán ứng suất đất nền đáy móng khối quy ước (mặt cắt bất lợi nhất) 44

2.2 Phương pháp xây dựng mô hình và phân tích kết cầu với MIDAS/CIVIL 46

2.2.1 Giới thiệu về phương pháp [4] 46

2.2.2 Hệ số nền 47

2.2.3 Nguyên lý tính toán sàn giảm tải 51

2.3 Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu 52

2.3.1 Các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch 52

2.3.2 Ảnh hưởng của hiện tượng lún lệch đến việc sử dụng khai thác đường và các công trình lân cận 56

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN HỢP LÝ HỆ CỌC BẢN SÀN GIẢM TẢI CẦU SÁU NẠN TẠI KM6+512,64 ĐOẠN NĂM CĂN – ĐẤT MŨI, TỈNH CÀ MAU 58

3.1 Tổng quan về cầu sáu nạn 58

3.1.1 Quy mô xây dựng 58

3.1.2 Đặc điểm kết cấu 58

3.2 Tính toán hệ số nền theo modun biến dạng nền 59

3.2.1 Địa chất các lớp đất 59

3.2.2 Kết quả tính toán hệ số nền 60

3.3 Áp dụng hệ số nền tính toán, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải 62

3.3.1 Phương án 1 62

3.3.2 Phương án 2: Giữ nguyên kích thước sàn giảm tải và khoảng cách cọc, thay đổi chiều dài cọc Lc=45(m) 69

3.3.3 Phương án 3: Giữ nguyên kích thước sàn giảm tải và chiều dài cọc, thay đổi khoảng cách cọc axb=2,1x2,3(m) 72

3.4 Kết luận 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

2.4 Bảng tra hệ số nền theo Quy trình 22TCN 18-79 47

3.1 Bảng tính hệ số nền với cọc 45x45(cm) 60 3.2 Bảng tính hệ số nền với cọc 40x40(cm) 61 3.3 Bảng tính hệ số nền với cọc 35x35(cm) 61 3.4 Bảng tính hệ số nền với cọc 30x30(cm) 61 3.5 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 45x45(cm) 65 3.6 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 40x40(cm) 66 3.7 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 35x35(cm) 67 3.8 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 30x30(cm) 68 3.9 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 45x45(cm) 70 3.10 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 40x40(cm) 70 3.11 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 35x35(cm) 71 3.12 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 30x30(cm) 72 3.13 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 45x45(cm) 73 3.14 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 40x40(cm) 73 3.15 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 35x35(cm) 74 3.16 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc 30x30(cm) 75

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu 4

1.5 Thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát 10

1.7 Đổ cát đã chuẩn bị sẵn qua "cửa sổ" ở đỉnh cọc ống thép 12

1.16 Đang hút chân không và đất trong giai đoạn cố kết 24 1.17 Bước 1: Thi công lớp thoát nước nằm ngang (lớp cát hạt thô) 26

1.19 Bước 3: Lắp đặt hệ thống hút chân không: ống thu nước 26 1.20 Bước 4: Lắp đặt lớp màng chân không 27

1.26 Sử dụng ống cống thay cho đất đắp nền đường đầu cầu để

giảm nhẹ tải trọng tác dụng lên nền đất yếu bên dưới 31

2.1 Toán đồ xác định hệ số độ lún F tại trục tim của tải trọng đắp

2.2 Các nhân tố gây ra hiện tượng lún lệch (Wahls, 1997) 53 2.3 Xếp loại các loại đất có khả năng xói mòn nhất (Briaud và

Số hiệu

2.4 Kết cấu mố không liền khối (mố cọc) 55

2.6 Sơ đồ các lực gây ra trên cọc do sự biến dạng của đất yếu 57

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Lún đoạn đường đầu cầu là hiện tượng rất hay gặp trên các công trình đường ô

tô, đặc biệt là đường ô tô đắp trên đất yếu Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở

và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt là khu vực miền Nam Rất nhiều công trình được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền Thực tế này đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu

Việc đưa ra một số các biện pháp xử lý nền đất yếu mới, góp phần làm phong phú các phương pháp xử lý nền móng trong công tác xây dựng nền đường qua vùng địa hình có địa chất yếu từ đó có cơ sở để lựa chọn những biện pháp tối ưu để áp dụng cho các công trình một cách có hiệu quả

Kết cấu đường đắp và mố cầu là hai bộ phận hoàn toàn khác nhau, có sự chênh lệch về độ cứng Phần đường dẫn nếu không xử lý tốt có thể sẽ bị lún rất nhiều và lún kéo dài theo thời gian, trong khi đó mố cầu lại hầu như không bị lún Tại vị trí tiếp giáp giữa mặt cầu và đoạn đường đắp sau một thời gian đưa vào sử dụng, thường mặt đường hay bị gẫy, lún, nứt, xe chạy không êm thuận gây khó chịu cho hành khách lưu thông qua cầu và nhất là xe chạy không thể đạt tốc độ cao

Trong toàn bộ tuyến đường ô tô, đoạn đường đắp đầu cầu là một trong những hạng mục công trình quan trọng, đòi hỏi phải có những nghiên cứu và xử lý bằng những giải pháp kỹ thuật riêng biệt mới có thể đáp ứng được yêu cầu về cường độ, độ

ổn định, sự êm thuận và thẩm mỹ Đây cũng chính là lý do hình thành đề tài: “Nghiên

cứu giải pháp sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu, tính toán hệ số nền các lớp đất

- Áp dụng tính toán và lựa chọn hợp lý hệ cọc bản sàn giảm tải tại cây cầu cụ thể khu vực miền Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Tương tác cọc - đất nền

- Sàn giảm tải BTCT sử dụng tại vị trí đường đầu Cầu

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu

- Nghiên cứu, đánh giá việc sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu Cầu Ba Càng , QL1A tại địa phận huyện Tam Bình - tỉnh Vĩnh Long

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập, biên dịch các tài liệu có liên quan

- Phân tích, đánh giá các giải pháp chống lún ở đường đầu Cầu đang sử dụng phổ biến tại Việt Nam

- Sử dụng phương pháp điều tra, thu thập các số liệu thực nghiệm của Cầu về kích thước, vị trí, đất đắp… của sàn giảm tải để thống kê, đánh giá hiện trạng, phân tích, kiểm chứng Từ đó nghiên cứu đề xuất các giải pháp cải tạo, xây dựng

- Sử dụng phần mềm MIDAS/Civil mô hình hóa, tính toán nội lực kết cấu để đánh giá, lựa chọn hợp lý kết cấu sàn giảm tải

5 Ý nghĩa khoa học- thực tiễn của đề tài

- Góp phần làm rõ phạm vi, cách sử dụng sàn giảm tải BTCT nhằm áp dụng chống lún trên nền đất yếu đoạn đường đầu cầu, tạo sự êm thuận, mỹ quan và an toàn giao thông, tăng hiệu quả khai thác cho tuyến đường

- Đáp ứng nhu cầu thực tiễn của đất nước

6 Bố cục đề tài

- Phần mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu; Phân tích, đánh

giá một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu

1.2 Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu

- Chương 2: Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu; Phân tích đánh

giá các nguyên nhân gây ra lún đoạn nền đường đầu cầu

2.1 Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu

2.2 Phương pháp xây dựng mô hình và phân tích kết cấu với Midas/Civil 2.3 Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu

- Chương 3: Nghiên cứu tính toán và lựa chọn hợp lý hệ cọc bản sàn giảm tải

Cầu Sáu Nạn tại Km6+512,64 đường Hồ Chí Minh, đoạn Năm Căn – Đất Mũi, Tỉnh

Cà Mau

3.1 Tổng quan về Cầu Sáu Nạn

3.2 Tính toán hệ số nền theo modun biến dạng nền

3.3 Áp dụng hệ số nền tính toán, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải 3.4 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN

ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 1.1 Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu

Hình 1.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu

- Ở Việt Nam, hầu hết nhiều đoạn đường đắp cao vào cầu chỉ đưa vào sử dụng một thời gian ngắn đã nhanh chóng bộc lộ nhược điểm khá phổ biến Đó là hiện tượng lún sụp, trượt trồi hoặc lún không đều giữa nền đắp ở hai bên đầu cầu và cầu, gây trở ngại lớn cho xe cộ lưu thông trên đường Những giải pháp xử lý sửa chữa thông thường chỉ mang tính chất tình thế, như trám bù lún vào mặt đường bằng các lớp vật liệu mặt đường mới hay đóng thêm cọc và gia cố mái dốc

- Trên thực tế, những đoạn đường đầu cầu thường là đắp cao và có tiêu chuẩn

về độ lún thấp hơn độ lún cho phép của công trình cầu, dẫn đến khu vực nền đường đầu cầu thường lún không đều, kém ổn định, đồng thời xảy ra sự lún không đều giữa

bộ phận nền đường và bộ phận cầu

- Hiện tượng lún và lún không đều của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gây nên không ít ảnh hưởng xấu đối với công trình giao thông Lún không đều trên đoạn nền đường đắp cao và sự thay đổi cao độ đột ngột tại khu vực mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc là nguyên nhân giảm năng lực thông hành; gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông; phát sinh tải trọng xung kích, trùng phục phụ tác dụng

Mố cầu

Khe nối Bản quá độ Mặt cầu

Đất nền

lên mố cầu; tốn kém về kinh phí cho công tác duy tu bảo dưỡng đường và gây mất an toàn giao thông Trên thế giới, đã có nhiều những nghiên cứu nhằm xác định rõ các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún đoạn đường đầu cầu và từ đó đưa ra các giải pháp

xử lý nhằm giảm thiểu và khắc phục

Hình 1.2 Lún lệch nền đường đầu cầu

1.2 Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu

1.2.1 Khái niệm đất yếu

- Đất yếu là một khái niệm dùng để nói lên một loại đất không đủ khả năng chịu

tải, không đủ độ bền và có biến dạng lớn “ Khái niệm đất yếu” cho đến nay vẫn chưa được rõ ràng, khái niệm này chỉ là “tương đối” và nó phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đất, cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà móng công trình truyền xuống

- Đa số các nhà nghiên cứu coi “đất sét” là những loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (Rtc  0 , 5  1 , 0daN/cm2 ), có tính nén lún lớn (a>0,05cm2/daN), môđun biến dạng

bé (E0 < 50daN/cm2), khả năng chống cắt bé (< 50, cu<0,5daN/cm2), có hệ số rỗng lớn ( e>1), độ sệt lớn ( B>1), và hầu như hoàn toàn bão hòa nước…Nếu không áp dụng các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu này sẽ gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện được Các loại đất yếu thường gặp trong thực tế là: Đất sét yếu, đất bùn, than bùn, đất bazan, đất cát nhỏ, cát bụi và cát

bột có kết cấu rời rạc và bão hòa nước…[6]

1.2.2 Phân loại đất yếu

a Theo nguyên nhân hình thành

- Đất yếu có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước

ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích ( hàm lượng có thể tới 10-12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên,

độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn ( sét  1,5, á sét e 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15daN/cm2

trở xuống, góc nội ma sát  từ 0-100 hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu  0,35daN/cm2 [6]

Ngoài ra, ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn ( hệ số rỗng e>1,0 độ bão hòa G>0,8)

- Đất yếu có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa

và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm 20-80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định là đất sét nếu hệ số rỗng và các đặc trưng chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như trên

- Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

+ Lượng hữu cơ có từ 20-30%: đất nhiễm than bùn

+ Lượng hữu cơ có từ 30-60%: đất than bùn

+ Lượng hữu cơ trên 60%: than bùn

b Theo tr ng thái tự nhiên

- Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt B:

B=

d nh

d

W W

W W

Nếu B>1 thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy)

Nếu 0,75<B1,0 là đất yếu dẻo chảy

- Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại I, II, III: + Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng

sâu 1m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1-2 ngày

+ Loại II: Loại độ sệt không ổn định; loại này không đạt tiêu chuẩn loại I nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy

+ Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy

1.2.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông [2], [3]

Bảng 1.1 Các giải pháp xử lý tương ứng theo tư duy xử lý

Giảm thiểu tải trọng bản thân của nền

đắp

1 Tăng độ đầm chặt của nền đường;

2 Thay thế vật liệu đắp bằng vật liệu đắp tốt hơn như cấp phối, cát;

3 Sử dụng lưới địa kỹ thuật

tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc

Cơ sở lý thuyết: Khi gia cố (xử lý) nền đất yếu bằng cọc cát, có 2 quá trình chính xảy ra là:

hoạt động bình thường và ổn định

Nếu giả thiết rằng, thể tích các hạt rắn (trong nền đất) là không đổi trong quá trình gia cố đất yếu bằng cọc cát, thì sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là sự thay đổi thể tích lỗ rỗng trong khối đất đó

Cố kết thấm

Khi cọc cát được hình thành trong nền đất, đã tạo thành giếng thu nước thẳng đứng, tạo điều kiện thuận lợi cho nước trong đất yếu thoát ra ngoài qua cọc cát Dưới tác dụng của tải trọng ngoài (tải trọng đất đắp), theo thời gian, ứng suất có hiệu trong đất nền tăng lên, áp lực nước lỗ rỗng giảm đi, nước trong lỗ rỗng của đất yếu sẽ thấm chủ yếu theo phương ngang vào cọc cát, sau đó thoát ra ngoài theo chiều dài cọc cát

Ngoài ra, khi đưa cát vào nền đất yếu để hình thành cọc cát, do độ ẩm của cát trong cọc cát nhỏ hơn độ ẩm của nền đất yếu rất nhiều lần, đã tạo điều kiện cho nước trong đất yếu được thấm tập trung về phía cọc cát rất nhanh, làm cho quá trình cố kết thấm ban đầu của đất yếu tăng nhanh

Dưới tác dụng của quá trình cố kết nêu trên, sức kháng cắt của đất yếu tăng lên,

độ lún giảm đi, sức chịu tải của nền đất được cải thiện rõ rệt

Các điểm nổi bật của phương pháp

- Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn

- Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý

- Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m

- Công nghệ cọc cát đầm chặt không gây ảnh hưởng đến môi trường và trong tương lai công nghệ này sẽ trở thành công nghệ xử lý nền đất yếu rất có hiệu quả

- Có thể kiểm soát về khối lượng và chất lượng công trình trong quá trình thi công cọc cát đầm chặt

- Các điều kiện về thời tiết sẽ không ảnh hưởng quá nhiều đến tiến trình thi công cọc cát đầm chặt

Phạm vi áp dụng

Cọc cát có thể áp dụng trong một số trường hợp sau:

- Bề dày đất yếu cần xử lý tương đối lớn;

- Chiều cao nền đất đắp tương đối lớn;

- Cọc cát làm tăng cường sự ổn định nền đắp, giảm thiểu độ lún còn lại;

- Khi nền đất yếu cần xử lý có các sức chống cắt nhỏ mà việc cải thiện tính chất cơ

lý của đất yếu này bằng cố kết thấm đơn thuần thì hiệu quả đạt được sẽ không cao;

- Khi thời hạn yêu cầu đưa đường vào khai thác, sử dụng là ngắn;

- Sử dụng cọc cát gia cố nền đất yếu cũng không yêu cầu chất lượng kỹ thuật của cát làm cọc cát cao như đối với giếng cát Mặt khác, giải pháp này không cần thời gian chờ cố kết của đất yếu

Một số hình ảnh thi công cọc cát

Hình 1.3 Thi công cọc cát

Hình 1.4 Thi công cọc cát

b Phư ng há gia cố n n bằng đư ng thấm thẳng đứng kết hợ v i gia tải trư c (Thoát nư c thẳng đứng bằng giếng cát và thoát nư c bằng bấc thấm (PVC))

b.1 Phư ng há thoát nư c thẳng đứng bằng giếng cát

b Gi i thiệu hư ng há

- Đây là phương pháp kĩ thuật thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước, phương pháp này được sử dụng rộng rãi để gia cường nền đất yếu bão hòa nước có tính nén lún lớn trên nhiều nước trên thế giới

- Theo phương pháp này, người ta thường dùng giếng cát đường kính 50-60 cm, được nhồi vào nền đất yếu bão hoà nước đến độ sâu thiết kế để làm chức năng những kênh thoát nước thẳng đứng, nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết nền đất yếu Do đó, phương pháp này luôn phải kèm theo biện pháp gia tải trước để tăng nhanh quá trình

cố kết Lớp đất yếu bão hoà nước càng dầy thì phương pháp giếng cát càng hiệu quả

có khả năng chịu lực - cọc cát GCXM chẳng hạn, còn giếng cát chỉ có tác dụng chính

là làm tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu

- Phương pháp này nền đất yếu có tốc độ cố kết nhanh hơn so với phương án sử dụng bấc thấm, thời gian chờ lún cũng ngắn hơn Thường sử dụng trong trường hợp nền đất yếu có chiều sâu 10m đến 30m

- Sơ đồ cấu tạo, cách bố trí tính toán và thi công giếng cát tương tự như đối với cọc cát Nhưng tác dụng chủ yếu của giếng cát là làm tăng tốc độ cố kết, làm cho độ

lún của đất nền nhanh ổn định và độ bền của đất yếu nhanh đạt được yêu cầu nhằm nâng cao sự ổn định của công trình trên nền đất yếu Đường kính của giếng cát sử dụng từ (200-600)mm Khoảng cách giữa các giếng cát thường chọn từ (1.5-5)m, khoảng cách này phụ thuộc vào đường kính đới ảnh hưởng của giếng cát (Dc) để khi xác định độ cố kết (Ut) của một lớp đất yếu bão hòa nước sau thời gian t phải đạt yêu cầu

6 Rút cọc ống, để lại cọc cát trong đất yếu

- Các thiết bị đa năng hiện nay có khả năng vừa hạ giếng cát, cắm bấc thấm, đóng cọc BTCT

- Để có thể ấn cọc thép rỗng vào trong đất, sử dụng một búa rung treo trên đầu cọc ống thép

- Đầu cọc ống thép có cấu tạo đặc biệt với các sườn để tăng cường độ cứng và bản lề Khi ấn cọc xuống mũi cọc sẽ chụm lại tạo thành một ống rỗng trong lớp đất yếu - không gian này sẽ được cát lấp đầy

Hình 1.6 Hạ cọc ống thép vào trong đất yếu

Hình 1.7 Đổ cát đã chuẩn bị sẵn qua "cửa sổ" ở đỉnh cọc ống thép

- Cần thêm một vòi phun nước để hỗ trợ việc "lấp đầy" của cát trong cọc ống thép

Hình 1.8 Rút cọc ống thép lên

Hình 1.9 Hoàn thành việc thi công một giếng cát

b.2 Phư ng há thoát nư c thẳng đứng bằng bấc thấm:

Tại Việt Nam, công nghệ mới bấc thấm này đã được sử dụng trong xử lý nền đất yếu cho Dự án nâng cấp QL5 trên đoạn Km 47 - Km 62 vào năm 1993, sau đó dùng cho QL51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu) và đường Láng - Hoà Lạc Từ 1999 -

2004, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để xử lý đất yếu trong các dự án nâng cấp và cải tạo QL1A, QL18, QL60, QL80

b Mô tả thiết bị

Về cơ bản bấc thấm đứng và bấc thấm ngang đều có kết cấu gồm 2 lớp chính là:

- Lớp vỏ lọc được làm bằng lớp vải địa kỹ thuật không dệt có độ bền cơ học lớn, hệ số thấm cao, kích thước lỗ nhỏ giúp ngăn các hạt đất sét nhỏ thâm nhập vào lõi thoát nước

- Lớp lõi nhựa bên trong được thiết kế với nhiều rãnh giúp cho việc thoát nước đạt hiệu quả cao nhất

b Ưu đi m hư ng há

bấc thấm được luồng qua một bản neo và bản neo này sẽ được cần ấn xuống đất đến

độ sâu thiết kế Do có bản neo, khi ống thép cắm xuống kéo theo cả bấc thấm, còn khi rút ống thép lên bấc thấm được giữ lại trong đất Khi cần lên khỏi mặt đất người ta dùng kéo cắt bấc thấm và chuyển sang vị trí khác

- Trước khi thi công giếng cát hoặc bấc thấm bắt buộc phải rãi một lớp cát có bề dày từ (0.5-1)m trên nền đất yếu, nếu cần thiết rãi thêm 1 lớp vải địa kĩ thuật trên mặt

lớp đất yếu trước khi rải lớp cát Lớp vải kĩ thuật và lớp đệm cát này nhằm đảm bảo

việc thoát nước trong quá trình cố kết, đồng thời đảm bảo cho các thiết bị thi công di chuyển lên đó

Hình 1.10 Thi công cắm bấc thấm tại Formosa Hà Tĩnh

Hình 1.11 Máy ép bấc thấm

b.2.4 Nh ng t n t i khi sử ng các công nghệ v i hư ng tiện thoát nư c thẳng đứng

- Công nghệ đóng giếng cát hoặc cắm bấc thấm làm xáo động vùng đất yếu dưới nền đắp Khi đất yếu bị xáo động, hệ số thấm giảm do đó đất lún lâu hơn Ngoài

ra do xáo động (phá hoại kết cấu nguyên trạng) có thể làm tăng hệ số nén chặt của đất yếu dẫn đến độ lún tổng cộng tăng lên Đây là những vấn đề còn cần tiếp tục nghiên cứu làm rõ thông qua quan trắc trên các công trình đắp thực tế

- Chiều sâu đóng giếng cát hoặc cắm bấc thấm có hiệu quả liên quan đến trạng thái cố kết trước của đất yếu (thông qua áp lực tiền cố kết và tỷ số OCR) và liên quan đến áp lực do tải trọng đắp gây ra ở mỗi độ sâu trong đất yếu (tức là liên quan đến chiều cao đắp) Đồng thời cũng cần nghiên cứu chiều sâu cắm lớn nhất của phương tiện thoát nước thẳng đứng để đảm bảo sự tồn tại liên tục không đứt gẫy của đường thấm thẳng đứng

c Phư ng há thay đất

c.1 C sở lý thuyết

- Giải pháp thay đất là thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu dưới nền đường bằng lớp đất khác có cường độ, sức chịu tải tốt hơn so với lớp đất yếu trước đây Giải pháp thay đất có ưu điểm là tăng cường ổn định, giảm độ lún và thời gian chờ lún khi thiết kế xử lý nền đất yếu

- Giải pháp thay đất rất hiệu quả trong trường hợp bề dày đất yếu nhỏ hơn so với vùng ảnh hưởng của tải trọng đắp

- Tính toán chiều sâu thay đất căn cứ vào thời gian cố kết dự kiến, yêu cầu về

độ ổn định nền đắp cần đạt được để xác định chiều sâu thay đất

- Khi kiểm toán thiết kế nền đất yếu bằng giải pháp thay đất, cần phải kiểm tra

2 điều kiện là: Biến dạng lún và ổn định trượt để xác định chiều sâu thay đất; Độ lún còn lại và độ ổn định trượt trước, sau khi thay đất Cần chú ý rằng, sau khi thay đất, xem như phần đất yếu được thay bằng lớp đất tương ứng với bề dày bằng bề dày đất yếu được thay và chỉ tiêu cơ lý của đất thay thế để tính toán ổn định và lún

- Thi công đào thay đất, có thể dùng sơ đồ đào đất yếu bằng máy xúc gầu dây, đào đến đâu thì đắp lấn đến đó Chiều sâu đào thay đất có thể lên tới (2 – 3)m, đặc biệt

có thể tới 4,0m

- Trong một số trường hợp nhất định, nên kết hợp giải pháp thay đất với giải pháp gia tải thêm để tăng cường ổn định nền đường và đảm bảo độ lún còn lại theo yêu cầu

c.2 Ph m vi á ng

Giải pháp đào thay đất được áp dụng trong các trường hợp sau:

- Khi thời hạn yêu cầu đưa công trình đường vào sử dụng là rất ngắn và đào bỏ

đất yếu là một giải pháp tốt để tăng nhanh quá trình cố kết

- Khi các đặc trưng cơ lý, đặc biệt là sức chịu tải của đất yếu là rất nhỏ mà việc cải thiện nó bằng cố kết là không có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền đắp

- Khi cao độ thiết kế gần với cao độ tự nhiên, không thể đắp nền đường đủ dày

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

- Bề dày lớp đất yếu nhỏ từ 2m trở xuống thì nên đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu này để đáy nền đường tiếp xúc với tầng đất không yếu

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

- Trong trường hợp đất yếu có bề dày dưới 3m và có cường độ quá thấp mà đào

ra không kịp đắp lấn như than bùn loại II, loại III, bùn sét (độ sệt B >1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp dụng giải pháp bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đất đắp quá tải để nền tự lún đến đáy lớp đất yếu

- Trường hợp nền đường đầu cầu đắp có chiều cao không lớn (khoảng 1,0m) mà đất yếu có chiều dày tương đối lớn

- Yêu cầu kỹ thuật về độ lún còn lại không đòi hỏi cao như những đoạn nền thông thường (tốc độ thiết kế ≤ 40 Km/h), đoạn đường thiết kế có kết cấu lớp mặt là cấp cao A2 trở xuống

Giải pháp thay đất đã được áp dụng trong xây dựng giao thông ở nước ta như: Dự án nâng cấp, mở rộng QL1A đoạn Dốc Xây – Thành phố Thanh Hóa; Đại lộ Nam sông Mã, đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương,

d Phư ng há gia tải nén trư c

d.1 ặc đi m và h m vi á ng

Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hòa nước Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Tăng sức chịu tải của nền đất

- Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian

Các biện pháp thực hiện:

- Chất tải trọng ( cát, sỏi, gạch, đá ) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình

- Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian

- Tùy yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên

d.2 Phư ng há nén trư c không ng giếng thoát nư c

d.2.1 i u kiện địa chất công trình

- Để đạt được mục đích làm cho đất chặt, ép thoát nước ra khỏi lỗ rỗng thì những trường hợp sau thích hợp cho phương pháp gia tải nén trước:

+ Trên cùng là lớp đất trồng trọt, giữa là lớp đất yếu cần gia cố, dưới cùng là lớp cát tự nhiên Khi chịu tải trọng nén trước thì nước lỗ rỗng của đất yếu sẽ bị ép thoát vào lớp cát tự nhiên

+ Trên cùng là lớp cát tự nhiên, ở giữa là lớp đất yếu cần xử lý Dưới cùng là lớp cát tự nhiên Khi chịu tải trọng nén trước, nước lỗ rỗng trong lớp bị ép thoát ra theo cả hai chiều lên và xuống vào hai lớp cát tự nhiên

Trường hợp này khi chịu tải trọng nén, nước thoát ra theo chiều lên vào tầng cát, trường hợp nếu không có lớp cát tự nhiên thì có thể làm một lớp đệm cát nhân tạo sau

độ sâu bé hơn cốt đáy móng 50cm rồi chất tải trọng nén

- Cách 2:

Có thể xây dựng móng trước, sau đó chất tải lên móng để móng lún đến trị số

ổn định, sau đó dỡ tải và xây dựng kết cấu bên trên Trong hai biện pháp trên, tùy theo điều kiện cụ thể mà chọn biện pháp thích hợp

Tải trọng nén trước phải được tăng dần từng cấp, mỗi cấp tương đương tải trọng một tầng nhà hoặc bằng khoảng 15-20% tổng tải trọng công trình Cần bố trí mốc để quan trắc lún trong suốt thời gian gia tải

d.3 Phư ng há nén trư c c đư ng thấm thẳng đứng

d.3.1 i u kiện địa chất công trình

Khi chiều dày nền đất yếu rất dày hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí các đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết Phương pháp này thường dùng

để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu

- Có hai loại đường thấm thẳng đứng: Giếng cát (SW) và bấc thấm (PVD) Tác

dụng của đường thấm thẳng đứng là để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép

- Để tăng nhanh tốc độ cố kết, ta thường kết hợp biện pháp xử lý bằng bấc thấm, giếng cát với biện pháp gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2-3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm t mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải

Cấu tạo chung của nền đường đắp trên đất yếu có sử dụng thiết bị thoát nước thẳng đứng (bấc thấm hoặc giếng cát)

d.3.2 Trình tự các bư c thi công

Trình tự các bước thi công trong trường hợp xử lý bằng bấc thấm:

- Định vị trí chân taluy nền đường;

- Đào bỏ một phần đất yếu theo thiết kế, thường từ 0,5-0,8m;

- Rãi vải địa kỹ thuật, nên rãi vuông góc với tim đường, mép vải chồng lên nhau 15-20cm;

- Đặt thiết bị quan trắc lún thẳng đứng;

- Đắp lớp đệm cát đến cao độ thiết kế và tạo phẳng;

- Đặt thiết bị quan trắc chuyển vị ngang để quan trắc chuyển vị ngang của nền đường;

- Tiến hành cắm bấc thấm (cắm PVD – Phabricatied Vertical Drainage), việc cắm bấc thấm thực hiện bằng các máy cắm bấc chuyên dụng Sau khi cắm, bấc phải cao hơn bề mặt lớp đệm cát từ 15-20cm

- Đắp đất: đất được đắp thành từng lớp với chiều dày mỗi lớp 15, 20 hoặc 25cm Tốc độ đắp tuân thủ theo thiết kế, kết hợp quan trắc lún để xử lý kịp thời trong trường hợp lún nhanh quá tốc độ thiết kế

e Giải há vải địa kỹ thuật

Hiện nay ở nước ta đã có tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu sử dụng vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu (22TCN 248 - 98) Tuy nhiên, trong tiêu chuẩn này chưa đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật quy định đối với từng trường hợp sử dụng vải địa kỹ thuật trong các nhiệm vụ sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp ngăn cách, lớp thoát nước, lớp tăng cường ổn định, Vì thế, trong phần này đã đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật cũng như phạm vi áp dụng đối với vải địa kỹ thuật trong từng ứng dụng đã nêu, dựa trên các tiêu chuẩn và khuyến cáo trong tiêu chuẩn ASTM của Mỹ

e.1 C sở lý thuyết

Vải địa kỹ thuật (ĐKT) là loại vật liệu polime có tính thấm tốt, được sản xuất

theo công nghệ dệt thoi, dệt kim hoặc không dệt và sử dụng trong các công trình địa

kỹ thuật và các công trình xây dựng

Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đắp, ma sát giữa đất đắp và vải ĐKT sẽ tạo ra một lực giữ khối đất đắp, nhờ đó mức độ ổn định của nền đất đắp được tăng lên đáng kể

Việc lựa chọn loại và tính chất của vải ĐKT cũng như xác định số các lớp vải ĐKT dựa vào kết quả tính toán ổn định trượt trên cơ sở độ ổn định trượt nền đất cần đạt được và cường độ kéo đứt cho phép của vải ĐKT cũng như chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất yếu

Khi bố trí nhiều lớp vải ĐKT, mỗi lớp vải ĐKT được xen kẽ bằng các lớp đất đắp (thường dùng là cát, đất cấp phối) có bề dày từ (15 – 30)cm phụ thuộc vào khả năng lu lèn của thiết bị và loại đất đắp

- Vải địa kỹ thuật được sử dụng cho thoát nước bề mặt

- Vải địa kỹ thuật được sử dụng cho chống xói bề mặt

Vải địa kỹ thuật thường được kết hợp với một số giải pháp khác như thoát nước thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm) hoặc thay đất, gia tải trước trong xử lý nền đường đắp trên đất yếu Thực tế trong xây dựng giao thông ở nước ta, đã áp dụng vải ĐKT tại các công trình như:

- Đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương;

- Các đoạn đường nối Bình Thuận - Chợ Đệm, Tân Tạo - Chợ Đệm;

- QL1A đoạn Pháp Vân - Cầu Giẽ, QL1A đoạn Dốc Xây – TP Thanh Hóa;

- QL18; Tuyến N2; Láng - Hoà Lạc; Đường Bắc Thăng Long - Nội Bài

- Dự án Đại lộ Nam sông Mã, đường Voi đi Sầm Sơn, Nâng cấp QL47 tỉnh Thanh Hóa

f Giải há sàn giảm tải

Đối với những đoạn nền đường đắp cao và trên lớp đất yếu dày, yêu cầu độ lún còn lại nhỏ (đoạn đường đầu cầu) thì giải pháp dùng cọc bê tông cốt thép kết hợp sàn

giảm tải được áp dụng nhằm tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu, giảm thiểu độ lún nền đất, rút ngắn thời gian thi công dự án

Biện pháp này đã được áp dụng tại dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương, tuyến N2, đường đầu cầu trên một số tuyến đường ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, cầu Đò Lèn vượt sông trên tuyến QL1A đoạn Thanh Hóa

f.1 C sở lý thuyết

Hiện nay, cọc bê tông cốt thép đã được sử dụng để gia cố nền đường đắp trên đất yếu, có thể đắp nền đường trực tiếp trên các đầu cọc, hoặc đắp nền đường trên sàn giảm tải bằng bê tông liên kết đầu các cọc

Hệ cọc bê tông cốt thép đóng xuống nền đất yếu có tác dụng truyền tải trọng từ đất đắp nền đường qua cọc, xuống lớp đất tốt hơn phía dưới, hoặc truyền xuống một

độ sâu nhất định mà nền đất có đủ cường độ chịu lực để tiếp nhận tải trọng đất đắp (qua lực ma sát giữa nền đất và thân cọc hoặc sức chống của mũi cọc)

Sàn giảm tải liên kết đầu cọc có tác dụng phân bố đều tải trọng nền đắp lên đầu cọc

Tính toán thiết kế cọc chống cũng chính là tính toán móng cọc Có thể áp dụng các tiêu chuẩn tính móng cọc (cọc chống, cọc ma sát) trong các tài liệu đã có, các tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn ngành

Các bước tính toán móng cọc chủ yếu bao gồm các bước như sau:

- Xác định tải trọng đất đắp căn cứ vào chiều cao, bề rộng nền đắp

- Trên cơ sở chiều dày, tính chất cơ lý của đất yếu và tải trọng đất đắp để xác định sức chịu tải của cọc, kích thước, chiều dài và mật độ cọc

- Kiểm tra điều kiện ổn định, kết cấu của cọc đã chọn

- Kiểm tra độ lún của móng cọc

- Tính kết cấu sàn giảm tải: Bố trí cốt thép (lưới thép), chiều dày sàn giảm tải

- Bố trí các cọc và sàn giảm tải trên bản vẽ thiết kế

Về xác định sức chịu tải của cọc:

Hiện nay, hầu hết các công thức lý thuyết để xác định sức chịu tải của cọc đều cho các trị số khác nhau tương đối nhiều so với thực tế Tuy nhiên, về mặt hình thức thì các công thức này có xu hướng tiến bộ vì đều chứa các đặc trưng cơ học (góc ma sát trong, lực dính) của đất Sở dĩ các công thức tính sức chịu tải của cọc chưa phù hợp với thực tế vì điều chủ yếu là do chưa chọn được mô hình tính toán của nền đất thích hợp với điều kiện làm việc thực tế của cọc Ngoài ra, các công thức đó chưa kể được tính chất khác nhau của các lớp đất trong phạm vi chiều dài cọc cũng như ảnh hưởng lẫn nhau của hệ cọc

Việc xác định sức chịu tải của cọc ở hiện trường bằng các phương pháp thí

nghiệm ngay tại hiện trường là đáng tin cậy nhất Đây là yêu cầu bắt buộc khi thi công móng cọc để kiểm tra lại kết quả tính toán và điều chỉnh thiết kế cho phù hợp Tuy nhiên cần lưu ý rằng, xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp thí nghiệm cần phải lưu ý đến thời gian "cọc nghỉ" Nếu có điều kiện, nên để cọc sau khi đóng xong một thời gian thích hợp mới tiến hành thí nghiệm

f.2 Ph m vi á ng

- Nền đường đắp cao, đường đầu cầu, đường qua cống (Chiều cao đắp Hđ>4,0m)

- Chiều dày đất yếu từ trung bình đến tương đối lớn (12m hoặc lớn hơn)

- Để tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu

- Triệt tiêu hoặc giảm thiểu độ lún nền đất cũng như lún không đều, lún lệch

- Khi công trình đòi hỏi thời gian hoàn thành công trình ngắn

- Sử dụng kết hợp với giải pháp khác như đất có cốt, tường chắn để có thể tiết kiệm được phạm vi giải phóng mặt bằng, có hiệu quả đối với đường trong đô thị, trong nút giao

f.3 ánh giá hiệu quả kỹ thuật

Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng sàn giảm tải trên cọc bê tông đã được áp dụng tại dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương, tuyến N2 Trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, đối với những nơi có bề dày đất yếu lớn (khoảng 40m), cần cân nhắc hiệu quả kinh tế của giải pháp này vì liên quan đến kích thước và chiều dài của cọc BTCT

Trong trường hợp đất yếu có bề dày lớn, khi áp dụng giải pháp móng cọc BTCT phải chú ý đến hiện tượng ma sát âm phát sinh trong nền đất yếu vì nó sẽ làm cho các

hệ cọc - sàn giảm tải - đất đắp lún xuống, làm ảnh hưởng tới chất lượng khai thác tuyến đường

Để giảm sự ảnh hưởng của ma sát âm đến móng cọc trong nền đất yếu, không nên dùng cọc có đường kính lớn mà nên áp dụng giảm tiết diện ngang của cọc, tăng mật độ cọc Ngoài ra đối với cọc chống, còn áp dụng các biện pháp hỗ trợ khác như khoan dẫn, trám nhũ tương xung quanh cọc BTCT trước khi đóng

Hiệu quả kỹ thuật khi áp dụng xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng sàn giảm tải kết hợp cọc BTCT so với giải pháp cầu cạn khả thi hơn về mặt kinh tế

sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông

a Phư ng há nén trư c bằng chân không

a.1 C chế

Quá trình cũng cố nền đất dưới tác dụng của phụ tải được hiểu và được minh hoạ về sự cố kết được chỉ ra trong fig.1(a) Để thuận tiện cho việc giải thích, những áp lực trong fig.1 là những giá trị tuyệt đối và Pa là áp suất khí quyển Như trong hình fig.1, khi chất một tải, p, áp lực nước lỗ rỗng quá độ khi chất tải Vì vậy, khi đất bão hoà, áp lực nước lỗ rỗng quá độ ban đầu, u o tương ứng với một tải p Dần dần, nước sẽ thoát ra ngoài fig.1(a) Lượng tăng ứng suất có hiệu bằng lượng giảm áp lực nước lỗ rỗng p-u, fig 1(a) Độ cố kết cuối cùng, u=0 và tổng ứng suất có hiệu đạt được bằng phụ tải, p Cần lưu ý rằng quá trình trên không chịu ảnh hưởng của áp suất khí quyển

Cơ chế cố kết chân không cũng được minh hoạ tương tự ở fig.1(b) Áp lực nước

lỗ rỗng trong đất giảm xuống khi chất tải fig.1(b) Tổng áp lực là không đổi, áp lực có hiệu trong đất tăng lên Ví dụ, khi có tải chân không, -u, áp lực nước lỗ rỗng là p Dần dần, áp lực nước lỗ rỗng giảm xuống và bắt đầu cố kết, có nghĩa là đất bắt đầu đạt được ứng suất có hiệu Lượng ứng suất có hiệu tăng lên bằng lượng áp lực nước lỗ rỗng giảm xuống unhưng không vượt quá áp suất khí quyển Pa, thường là 80Kpa

Hình 1.13 Quá trình cố kết của đất

a.2 Công nghệ: Một hệ thống cố kết chân không điển hình được chỉ ra trong

hình 2 PVDs và các ống nằm ngang được sử dụng cho việc phân phối các áp lực chân không và tản nước lỗ rỗng Thiết bị tiêu nước thẳng đứng và nằm ngang được đắp một lớp cát Lớp cát này truyền chân không tới PVDs

- Những ống ngang này có đường kính từ 50 đến 100mm được đục lỗ và bọc vải thấm có chức năng như một tấm lọc (hình 1.25) Các ống nằm ngang này được nối với các đường ống chân không chính 3 lớp màng PVC mỏng được bọc ở bên ngoài

nhằm cải thiện vùng chân không kết hợp với thu nước từ rãnh xương cá Nhờ đó, toàn

bộ khu vực đất cần cải thiện phải chia thành các nhóm nhỏ để thuận lợi cho việc lắp đặt những membrane Áp lực chân không được tạo ra bằng cách sử dụng máy bơm chân không liên tục trong suốt thời gian gia tải

Hình 1.15 Trước khi hút chân không

Hình 1.16 Đang hút chân không và đất trong giai đoạn cố kết

a.3 Quy trình l đặt và thi công cố kết chân không

a Trải một lớp vải địa kỹ thuật và một lớp cát (dày khoảng 1m) để làm nền cho lớp thoát nước đạt hiệu quả tốt nhất

b Lắp đặt các ống dẫn nước D50 thoát nước thẳng đứng tạo thành lưới với mật

độ (theo tính toán)

c Lắp đặt và nối các mạng lưới thoát nước ngang và dọc tới trạm bơm

d Lắp đặt màng cách nước (bằng nhựa tổng hợp) bao quanh khu vực thi công đến tận đáy lớp đất yếu để đảm bảo không thấm nước

e Lắp đặt các thiết bị đo đạc và quan trắc nền đất

f Đào mương dẫn nước bên ngoài và ngăn nước bằng bentonite và Polyacrylate

g Trải lớp màng chống thấm PVC trên mặt nền, lắp đặt trạm bơm nước và tiến hành bơm hút chân không

h Thi công các lớp đất bên trên màng chống thấm để bù lại độ lún cố kết nhằm

mục đích đạt được cao độ thiết kế và làm nhanh độ lún cố kết

a.5 Kết luận

- Sau Thái Lan, Hàn Quốc, Malaysia, Việt Nam có thể nằm vào danh sách những nước ở châu Á có sử dụng thành công công nghệ cố kết chân không Giải pháp này là lựa chọn lý tưởng cho phương pháp tiêu nước thẳng đứng và gia tải đối với công trình đòi hỏi tốc độ thi công nhanh, đặc biệt đối với đất yếu khi mà ổn định của khối đất đắp giảm mạnh khi đắp

- Với diện tích rất lớn có đất yếu cùng với nhu cầu phát triển không gian đô thị,

sự cạn kiệt nguồn vật liệu làm tăng gia chất tải, phương pháp cố kết chân không đặc biệt phù hợp với điều kiện Việt Nam

- Ứng dụng thực sự của phương pháp này trong xây dựng chưa tốt vì các nguyên nhân:

+ Rất khó để làm kín khí trong quá trình hút chân không

+ Có giới hạn về độ sâu

+ Hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát với hệ số thấm cao nằm xen kẹp + Giá thành cao do sứ dụng các cọc cừ ngăn cách vùng cần gia cố nhằm làm tăng độ hút chân không

- Ưu điểm chính của phương pháp này là chiều cao của lớp đất gia tải đắp trên nền đất sét yếu giảm từ đó ngăn chặn được hiện tượng mất ổn định có thể xảy ra so với đắp đất gia tải Phương pháp này có thể kết hợp được với các phương pháp xử lý nền đất yếu khác để tăng hiệu quả

- Phương pháp này tiết kiệm được 30% chi phí so với một số phương pháp khác

và tiết kiệm được 50% thời gian chờ cố kết so với phương pháp đắp đất gia tải

a.6 Hình ảnh trình tự thực hiện

Hình 1.17 Bước 1: Thi công lớp thoát nước nằm ngang (lớp cát hạt thô)

Hình 1.18 Bước 2: Thi công cắm bấc thấm

Hình 1.19 Bước 3: Lắp đặt hệ thống hút chân không: ống thu nước

Hình 1.20 Bước 4: Lắp đặt lớp màng chân không

Hình 1.21 Chạy bơm hút chân không

Hình 1.22 Bước 6: Đắp cát bù lún

b Giải há c c đất – i măng

- Phương pháp trộn dưới sâu là một kỹ thuật cải tạo đất để gia tăng cường độ, kiểm soát biến dạng, và giảm thấm nhờ đất được trộn với xi măng và các vật liệu khác

- Phương pháp này nhờ một loạt các phản ứng hóa học – vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất sét yếu đóng rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định Phương pháp mà bột xi măng khô được sử dụng như là tác nhân chính làm ổn định được gọi là phương pháp trộn khô dưới sâu; Còn tác nhân làm ổn định là hình thức vữa được gọi phương pháp trộn ướt dưới sâu Đường kính cọc xi măng – đất thường từ 0,6-1,5m và có thể đạt đến 40m chiều sâu

- Phương pháp này có nhiều ưu điểm:

+ Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội

+ Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt + Thi công được trong nước

+ Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận

+ Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường

+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế + Và đặc biệt là thi công nhanh, thời gian đất đạt yêu cầu kỹ thuật xử lý ngắn, đẩy nhanh được tiến độ cải tạo đất nền

- Về công nghệ thi công cọc đất xi măng hoặc vôi thì hiện tại trên thế giới đã phát triển thuần thục 2 loại công nghệ trộn phun ướt (Wet Jet Mixing Method) và công nghệ phun khô (Dry Jet Mixing Method)

Phương pháp trộn phun ướt hay phương pháp trộn vữa với đất yếu Theo công nghệ này vữa xi măng hoặc vữa vôi được phun vào đất yếu với áp lực có thể tới 20Mpa từ một vòi phun xoay nằm giữa trục cần khoan

Hình 1.23 Phương pháp trộn ướt dưới sâu

Phương pháp trộn phun khô

- Năm 1982, Chida đề nghị một phương pháp dùng bột xi măng hay vôi sống thay cho vữa ở phương pháp phun ướt Cũng tương tự, theo công nghệ này bột xi măng hoặc vôi được khí nén bơm phun vào vào trong đất ở dưới sâu qua một ống có lỗ phun bố trí ở tim của cần khoan, (cũng tức là trục của thiết bị trộn), tiếp đó bột được trộn cơ học bằng cách quay trong điều kiên không thêm nước vào đất yếu Như vậy công nghệ này có ưu

điểm hơn công nghệ trộn phun ướt vì chỉ sử dụng nước có trong đất yếu để thủy hóa chất liên kết nên cường độ đất gia cố sẽ cao hơn, thêm vào đó lượng nhiệt tạo ra khi thủy hóa làm khô thêm đất yếu lân cận và hiệu quả gia cố cũng cao thêm

- Giải pháp cọc đất – Xi măng có thể được áp dụng để xử lý các đoạn đất yếu ở

những đoạn đường có chiều cao đất đắp lớn hoặc các vị trí đường đầu cầu và qua các cống do yêu cầu độ lún còn lại nhỏ thì áp dụng phương pháp xử lý bằng cột đất - xi măng là hợp lý nhằm đạt được 2 mục đích chủ yếu như sau:

+ Tăng cường sự ổn định trượt của đất nền, đảm bảo độ ổn định của nền đường đắp trên các đoạn đất yếu có bề dày rất lớn mà các giải pháp thoát nước thẳng đứng mà không hoặc khó đảm bảo

+ Tăng độ cố kết của đất nền, giảm độ lún và thời gian thi công được rút ngắn

- Khi áp dụng giải pháp này cần có những điều tra, nghiên cứu về hàm lượng hữu

cơ, thành phần khoáng hoá của đất yếu vì nếu như đất có chứa hàm lượng hữu cơ lớn hoặc có độ PH nhỏ thì cường độ của cọc đất gia cố xi măng sẽ tăng lên không nhiều

- Thực hiện giải pháp cọc đất - xi măng không cần thời gian chờ nền đất cố kết

Hình 1.24 Phương pháp trộn khô dưới sâu

Hình 1.25 Thi công cọc đất – xi măng

c Giải há sử ng cống h hoặc cống tr n thay thế m t h n n n đư ng

đ đ u c u

c.1 N i ung và hân tích giải háp

Do nền đất đắp cao ở hai đầu cầu có trọng lượng tương đối lớn, nền đất lại yếu nên có thể xuất hiện những sự cố như lún lệch giữa đường đầu cầu đắp cao và mố cầu, ảnh hưởng đến chất lượng công trình Để khắc phục tình trạng này, có một số giải pháp khác nhau, trong đó có giải pháp thay một phần đất đắp của thân nền đường đầu cầu đắp cao bằng cống hộp BTCT nhằm mục đích giảm trọng lượng của vật liệu đất đắp, tăng khả năng chống lún, khả năng ổn định của nền đất, đồng thời có thể rút ngắn thời gian thi công, không phụ thuộc thời gian cố kết của nền và phù hợp với các phương pháp thi công cơ giới, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật - khai thác đều tốt và ít bị ảnh hưởng khi cấp hoạt tải tăng lên

Sử dụng cống hộp thay thế một phần đất đắp có tác dụng giảm vật liệu đất đắp tăng ổn định chống trượt và chống lún, chống xói sụt do nước mặt, dễ thi công, đơn giản khi xử lý móng, phù hợp với trình độ thi công của các nhà thầu xây dựng ở nước ta hiện nay Ngoài ra, chi phí đầu tư xây đựng và duy tu bảo dưỡng đều ít hơn so với giải pháp kéo dài cầu Tuy vậy, trong một số trường hợp so với giải pháp xử lý như đã trình bày ở các phần trên thì giải pháp này có chi phí cao hơn

c.2 Cấu t o cống

- Móng cống: Do tải trọng khai thác lớn, nền đất yếu nên móng cống được làm bằng BTCT đặt trực tiếp lên nền đất và được gia cố bằng hệ cọc BTCT, mật độ cọc, kích thước phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình Khi tính toán cho hệ cọc BTCT bố trí làm móng cống phải xét tới tương tác giữa hệ cọc và đất nền