MỤC LỤC
1
TÓM TẮT LUẬN VĂN
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta là quốc gia có bờ biển trải dài dọc suốt theo chiều dài của đất
nước. Theo các số liệu thống kê cho thấy nước ta có gần 3000 km bờ biển và
gần 2000 con sông lớn nhỏ, trong đó có nhiều dòng sông có diện tích bồi đắp
lớn. Điển hình là Sông Hồng ở đồng bằng Bắc Bộ và sông Cửu Long ở đồng
bằng Nam Bộ. Đây cũng là 2 vùng được đánh giá là có địa chất yếu nhất tại
Việt Nam. Trong đó địa chất tại các vùng đồng bằng sông Cửu Long, đồng
bằng Tây Nam bộ là đặc biệt yếu (chiều dày lớp đất yếu lớn). Ngoài ra vùng
đồng bằng duyên hải miền Trung cũng là vùng có địa chất tương đối yếu,
nhưng là vùng có địa hình bằng phẳng, chạy dọc theo chiều dài đất nước. Vì
thế có nhiều công trình giao thông cấp quốc gia (như Quốc lộ 1A, đường sắt
quốc gia) và các công trình đường tỉnh, liên tỉnh được xây dựng tại vùng này.
Trong những năm qua nước ta đang đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng, phục
vụ phát triển kinh tế, do đó nhu cầu vốn để đầu tư hệ thống hạ tầng là rất lớn.
Để giảm chi phí đầu tư nhưng vẫn đảm bảo được tính bền vững của công trình
luôn được ngành giao thông quan tâm hàng đầu.
Lún nền đường đắp sau mố cầu là một vấn đề khá phổ biến đối với các
công trình cầu không những ở nước ta mà cả ở các nước phát triển. Vấn đề
này đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng trong quá trình thi công cũng như
khai thác sau này. Hiện tượng lún nền đường đắp cao, không những xuất hiện
ngay trong quá trình thi công mà còn xuất hiện trong quá trình khai thác, gây
khó chịu cho người tham gia giao thông thậm chí gây mất an toàn và gián
đoạn sự vận hành trong quá trình khai thác. Trong cả hai trường hợp trên, việc
khắc phục hiện tượng trên đòi hỏi thời gian cũng như chi phí lớn. Vì vậy việc
“phân tích lựa chọn giải pháp xử lý tình trạng lún nền đường đắp cao trên nền
nguyên nhân và đưa ra các giải pháp xử lý trong đó có đề cập tới một giải
pháp công nghệ mới đã được một số nước trên thế giới sử dụng để có thể áp
dụng vào từng địa hình cụ thể ở Việt Nam.
3. Phương pháp nghiên cứu
-
Đề xuất các phương án xử lý, lựa chọn phương án phù hợp với đối tượng
nghiên cứu
3
-
Phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp với các tài liệu trong và ngoài nước.
-
Nghiên cứu mô hình số trên cơ sở sử dụng các chương trình tính có độ tin cậy
cao như phương pháp phần tử hữu hạn, các phần mềm tính toán kết cấu.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp tính toán, thiết kế và thi công bằng phương
pháp cọc BTCT kết hợp vải địa kỹ thuật cho đường đầu cầu sau mố đắp cao
trên nền đất yếu tại Việt Nam.
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu công nghệ thi công bằng phương pháp hút chân không
- Nghiên cứu phương pháp cọc BTCT kết hợp vải địa kỹ thuật
- So sánh phương pháp sàn giảm tải với phương pháp cọc BTCT kết
hợp vải địa kỹ thuật.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn có các phần sau:
Công Dân Kiều, Dự án Năm Căn - Đất Mũi thuộc đường Hồ Chí Minh.
+ So sánh, đánh giá phương pháp này với phương pháp sàn giảm tải.
- Chương V. Kết luận và kiến nghị
Những kết quả chính của luận văn và những dự kiến nghiên cứu tiếp
theo
- Phụ lục đính kèm:
Bảng tính toán đường đầu cầu sau mố, cầu Công Dân Kiều (Dự án Năm
Căn – Đất Mũi thuộc đường Hồ Chí Minh):
+ Phụ lục tính toán theo phương pháp sàn giảm tải.
+ Phụ lục tính toán theo phương pháp cọc BTCT kết hợp vải địa kỹ
thuật.
+ Phụ lục tính toán kinh phí (theo 2 phưong án).
5
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU
I.1. Đánh giá địa chất công trình vùng đất yếu
I.1.1. Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải thấp (0,5-1,0kG/cm 2), hầu
như hoàn toàn bảo hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε >1), hệ số nén lún
lớn (a tới phần mười hoặc vài ba đơn vị), môđun tổng biến dạng bé (E0 ≤
50kg/cm2), tri số sức chống cắt không đáng kể. Công trình xây dựng trên nền
đất yếu buộc phải có các biện pháp xử lý, nếu không khó hoặc không thể thực
hiện được.
Đất yếu có thể là đất sét yếu, đất cát yếu, bùn, than bùn và đất hữu cơ,
đất thải , … đất yếu được tạo thành ở lục địa (tàn tích, sườn tích, lũ tích, lở
tích, do gió, do lầy, do con người), ở vùng vịnh (cửa sông, vịnh biển) hoặc ở
biển. Chiều dầy lớp đất yếu thay đổi, có thể từ một vài mét đến 35-40 m.
- Khả năng chống cắt bé, khả năng thấm nước bé;
- Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G> 0,8, dung trọng
bé;
I.1.3. Các loại đất yếu thường gặp
- Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét ở trạng thái bão hòa
nước, chảy hoặc dẻo chảy, có cường độ thấp;
- Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất
mịn (
cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện
khai thác bình thường cho công trình.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi
xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp,
không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Vì vậy việc
đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu
bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các
giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức quan trong, nó đòi
hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để
đưa ra giải pháp xử lý giảm tối đa các sự cố, hư hỏng công trình, cho hiệu quả
kinh tế khi xây dựng trên nền đất yếu.
9
CHƯƠNG II
PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ LÚN
ĐƯỜNG DẪN SAU MỐ
II.1. Một số nghiên cứu về sự cố lún nền đường đắp trên thế giới
Do sự gia tăng kinh phí cho công tác duy tu bảo dưỡng khắc phục sự cố
lún nền đường đầu cầu sau mố, nên Cục giao thông Mỹ đã kết hợp với các
đơn vị quản lý và các nhà khoa học tiến hành hàng loạt các nghiên cứu về vấn
đề này tại các bang Illinois, California, Winscosin, Oklahoma, Indiana,
Missouri, Tezas, Kentucky …nhằm tìm ra nguyên nhân cũng như các giải
pháp khắc phục và phòng tránh sự cố lún nền đường đắp sau mố. Trong đó
đáng chú ý ở một số bang sự cố lún nền đường đắp sau mố diễn ra đặc biệt
nghiêm trọng nên các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu nhiều lần như tại
Illinois năm 1957 và 1995, California năm 1959 và năm 1985, Colorado năm
1982 và năm 1995. Đặc biệt tại Kentucky các nghiên cứu đã được tiến hành
liên tục vào các năm 1969, 1985, 2002, 2005 nhằm tìm ra biện pháp thực sự
mòn).
- Hệ thống thoát nước hiệu quả.
11
- Nền đường đắp thấp.
- Trình tự thi công hợp lý và việc giám sát thi công được thực hiện chặt
chẽ.
- Thời gian chờ lún kéo dài và đắp gia tải hợp lý.
II.1.2. Nghiên cứu của Wahls
Theo nghiên cứu của Wahls (1990) nguyên nhân của sự cố lún nền
đường đắp sau mố bao gồm:
- Lún của lớp đất yếu dưới nền đường.
- Lún của bản thân nền đường đắp.
- Công tác đầm chặt không đủ ở vị trí sát mố vì sự hạn chế về mặt bằng
thi công.
- Xói mòn vật liệu đắp ở sát bề mặt thân mố.
- Do lựa chọn loại mố và móng mố không hợp lý.
Cũng theo Wahls thì lún lệch nằm trong khoảng 13mm (0,5 inches)
được coi là hợp lý và có thể chấp nhận được tại vị trí nhạy cảm này.
II.1.3. Nghiên cứu của David Allen và Tommy Hopkins
David Allen và Tommy Hopkins đã nghiên cứu khảo sát vấn đề này với
các công trình cầu thuộc phạm vi Kentucky trong khoảng 30 năm gần đây.
Nội dung nghiên cứu của David Allen và Tommy Hopkins bao gồm các điểm
chủ yếu như sau:
- Năm 1973, David Allen và Tommy Hopkins khảo sát nguyên nhân
dẫn đến hiện tượng lún lệch giữa mặt đường với mặt cầu và hiện tượng
nghiêng và biến dạng của mố trụ cầu. Theo báo cáo của Hopkins các nguyên
nhân dẫn đến hiện tượng này chủ yếu thuộc về sai sót và bất cẩn của công tác
thiết kế, thi công và duy tu bảo dưỡng trong quá trình khai thác. Nghiên cứu
này. Những kiến nghị đó như sau:
- Bản dẫn nên được thiết kế sao cho giảm thiểu sự hình thành vết nứt
ngang xuất hiện gần khu vực mố hoặc trên bề mặt bản.
- Loại vật liệu đắp sau mố nên thay đổi từ đất dính đến vật liệu chọn lọc
có độ đầm chặt cao.
- Khuyến khích việc sử dụng những vật liệu bao bọc như vải địa kỹ
thuật để ngăn chặn hiện tượng xói của vật liệu đắp sau mố.
13
II.2. Đánh giá chung và phân loại các nhóm nguyên nhân gây lún
II.2.1. Các nhóm nguyên nhân gây lún nền móng công trình
II.2.1.1. Nguyên nhân kết cấu:
Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội,
đá tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng
nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn
hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ sập như đập Malpasset ở
Pháp. Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài
mỏ khai thác đá ở Việt Nam trong những năm gần đây có thể tính một phần là
do yếu tố này. Cũng có trường hợp đất sét tạo túi nước trong lòng đất, công
trình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địa
chất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biến
đổi đột ngột, một số nhà cao tầng ở Thành phố Hồ Chí Minh có thể tính một
phần là vì lí do này mà lún sập.
II.2.1.2. Nguyên nhân độ ẩm nền đất:
Nguyên nhân này thường gặp ở đất đất dính, nước trong đất tồn tại
dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết. Đây là các tác nhân chính gây ra
hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén lún của đất. Các nhân tố này gây khó
khăn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố. Hiện
tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng
Long.
II.2.2. Các nguyên nhân gây ra sự cố lún nền đường đắp sau mố tại Việt
Nam
Căn cứ theo nghiên cứu của Hằng (2008). Thông qua việc phân tích các
tài liệu thu thập của 20 trường hợp cầu gặp sự cố lún nền đường đắp sau mố
trong khoảng 15 năm gần đây đã phân loại các nguyên nhân này theo 4 nhóm
nguyên nhân chính như sau:
II.2.2.1. Nguyên nhân liên quan đến giai đoạn điều tra, khảo sát
15
Nguyên nhân liên quan đến giai đoạn điều tra, khảo sát chủ yếu là các
nguyên nhân thuộc về sự bất cẩn và thiếu kinh nghiệm của các đơn vị điều tra,
khảo sát. Chính điều này dẫn đến việc xác định thiếu chính xác điều kiện địa
chất tại khu vực xây dựng và kết quả là cung cấp sai lệch các số liệu cho đơn vị
thiết kế. Có thể thấy nguyên nhân này ở trường hợp cầu Hoàng Long, các tài
liệu địa kỹ thuật của công trình không rỏ ràng, không cung cấp chính xác các
đặc trưng cơ lý của đất nền và hậu quả là sự cố lún sụt đó xảy ra ngay trong quá
trình thi công đường đắp đầu cầu phía Bắc. Ngay cả khi đó tiến hành xử lý sự
cố thì tổng độ lún tính từ ngày 2/7/2001 so với độ cao hoàn công đó là 13 15,2 cm, tạo ra sự không bằng phẳng giữa đường và cầu.
II.2.2.2. Nguyên nhân liên quan đến giai đoạn thiết kế
Trong 20 trường hợp được khảo sát thì có tới 13 trường hợp bị sự cố
liên quan đến giai đoạn thiết kế bao gồm các nguyên nhân cụ thể như sau:
- Phương pháp xử lý nền đất yếu không hiệu quả dẫn đến nền đường,
đường đắp sau mố tiếp tục lún ngay sau khi công trình được đưa vào sử
dụng.
Nguyên nhân này là một trong các nguyên nhân quan trọng nhất gây
nên sự cố lún nền đường đắp sau mố cầu (7/20 trường hợp). Về địa chất thì
vùng đồng bằng Bắc Bộ (đồng bằng sông Hồng) cũng như đồng bằng Nam
Bộ (đồng bằng sông Cửu Long) là loại trầm tích châu thổ. Lớp đất yếu chủ
thường sử dụng bản dẫn đầu cầu, bản dẫn ở đây đóng vai trò là kết cấu
chuyển tiếp giữa cầu (lún rất ít hoặc không lún) và đường (lún từ ít đến nhiều
và đôi khi rất đáng kể). Tuy nhiên, ở một vài công trình được khảo sát thiết kế
bản dẫn đó không đạt được mục tiêu này. Bản dẫn được thiết kế dài 4 - 6 m
với chiều dày thường là 20 - 30 cm, bố trí cốt thép khá mảnh đã không chịu
được tác động của tải trọng. Kết quả là bản dẫn bị nứt vỡ kéo theo toàn bộ
phần đường đắp tại vị trí tiếp giáp giữa cầu và đường bị lún sụt.
II.2.2.3. Nguyên nhân liên quan đến giai đoạn thi công
Quá trình thi công đóng một vai trò quan trọng gây nên tình trạng lún
nền đường đắp sau mố cầu. Trong nghiên cứu này có đến 9/20 trường hợp cầu
gặp sự cố mà trong đó quá trình thi công là nguyên nhân dẫn đến tác nhân tạo
nên sự cố hoặc góp phần tạo nên sự cố.
17
- Không đủ thời gian đắp gia tải và thời hạn chờ lún dẫn đến nền
đường sau mố tiếp tục bị lún sau khi đưa công trình vào sử dụng
Đây cũng là một trong các nguyên nhân quan trọng gây nên sự cố lún
nền đường đắp sau mố tại Việt Nam (6/20 trường hợp) như trường hợp cầu
Đà Rằng, cầu Vĩnh Điện, cầu Bàn Thạch, cầu Văn Thánh 2… Trong đó cầu
Văn Thánh 2 là một ví dụ điển hình, cùng với nguyên nhân xử lý nền đất yếu
không thích hợp từ sự tắc trách của đơn vị thi công đã gúp phần gây ra sự cố.
Trong quá trình thi công, đơn vị thi công đã không thực hiện đầy đủ trình tự
thi công, quan trắc, điều chỉnh giải pháp xử lý; bỏ qua giai đoạn đắp gia tải và
chờ lún nền đường sau mố cầu Văn Thánh 2. Thời hạn này theo như thiết kế
phải là 8 tháng nhưng đơn vị thi công đã tiến hành chỉ sau có 3 tháng chờ lún.
Do đó, ngay sau khi đưa vào sử dụng năm 2002 cầu liên tục xuất hiện các vết
nứt, lún sụt, lún kéo dài và nó trải qua 2 lần khắc phục sự cố với kinh phí gấp
nhiều lần kinh phí đầu tư xây dựng ban đầu.
NGUYÊN NHÂN
– Sự bất cẩn, thiếu kinh nghiệm của đơn vị điều tra khảo sát
Thiết bị khảo sát lạc hậu, lỗi thời
Cung cấp sai lệch số liệu địa chất khu vực xây dựng cho
các giai đoạn sau của dự án
Thiết kế
Sự không đồng bộ của các tiêu chuẩn thiết kế
Lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu không hiệu quả.
Sử dụng vật liệu đất đắp đầu cầu không thích hợp.
Thi công
Không đủ thời gian đắp gia tải và thời gian chờ lún nền đắp
trên đất yếu
Không lắp đặt hệ thống quan trắc khi xây dựng nền đắp trên
đất yếu
Thi công không tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về đầm
nén đất nền đường và lắp đặt khe co giãn
Vận hành
bảo trì
– Không làm tốt công tác bảo trì hệ thống thoát nước khu vực
mố cầu
Không làm tốt công tác bảo trì khe co giãn
II.2.2.6. Thống kê các nguyên nhân gây ra sự cố theo các yếu tố ảnh
Thi công khe co giãn không tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật
Không làm tốt công tác bảo trì khe co giãn
Hệ thống thoát Thiết kế hệ thống thoát nước mố cầu không hiệu quả
nước mố cầu Không làm tốt công tác bảo trì hệ thống thoát nước khu vực
mố cầu
21
CHƯƠNG III
CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG SAU MỐ
ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
III.1. Phương pháp thay đất bằng đệm cát
III.1.1. Phạm vi áp dụng
Lớp đệm cát được sử dụng hiệu quả nhất khi lớp đất yếu là đất sét bão
hoà nước và có chiều dày nhỏ hơn 3m, tải trọng nền đường đắp là nhỏ. Khi đó
ta có thể thay thế đất yếu dưới nền đường bằng lớp cát chịu lực tốt hơn. Lớp
cát để thay thế thường được sử dụng là cát hạt thô, cát hạt trung. Việc thay đất
bằng đệm cát thường có tác dụng chính sau đây:
+ Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình, đệm
cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng
công trình và truyền tải trọng xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới.
+ Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đồng đều của công trình,
đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của công trình (vì cát trong lớp
đệm có hệ số thấm lớn).
+ Làm tăng khả năng ổn định khi công trình có tải trọng ngang (vì cát
trong lớp đệm sau khi được đầm chặt sẽ có lực ma sát lớn và có khả năng
chống trượt).
23
đối (ID). Muốn đạt được độ chặt theo yêu cầu thì các lớp cát được thi công
thành từng lớp và chiều dày của từng lớp đệm cát tuỳ thuộc vào thiết bị đầm
nén.
Theo kinh nghiệm thi công thì độ ẩm tốt nhất có thể được lấy như sau:
+ Đối với cát thô và hạt trung: Wopt= 15-:-17%
+ Đối với hỗn hợp cát hạt trung: Wopt= 9-:-11%
Sau khi đầm nén xong cần tiến hành kiểm tra lại độ chặt của tầng đệm
cát bằng các phương pháp đã được quy định.
III.2. Phương pháp gia cố nền đất bằng cọc
III.2.1. Phương pháp gia cố đất bằng cọc cát
III.2.1.1. Đặc điểm và phạm vi áp dụng của cọc cát
a. Đặc điểm
+ Khi áp dụng biện pháp cọc cát, trị số môđun biến dạng ở trong cọc
cát cũng như ở vùng đất gia cố xung quanh sẽ giống nhau tại mọi điểm. Do đó
sự phân bố ứng suất trong nền đất được gia cố bằng cọc cát có thể được coi
như trong nền thiên nhiên. Tính chất này không thể có được khi sử dụng các
loại cọc cứng. Đối với trường hợp dùng cọc cứng, do cọc cứng có cường độ
vật liệu lớn hơn nhiều so với đất, nên khi tải trọng công trình được truyền
xuống các lớp đất ở mũi cọc và xung quanh cọc thông qua cọc. Trong trường
hợp này thì đất giữa các cọc hầu như không tham gia chịu lực và khi đó độ
lún của nền chủ yếu phụ thuộc vào các lớp đất dưới mũi cọc.
+ Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn
nhiều so với nền thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng. Phần lớn độ lún của
nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều
kiện cho công trình mau chóng đạt giới hạn ổn định. Bởi vì lúc này cọc cát
làm việc như một giếng cát thoát nước, nước trong đất có điều kiện thoát ra
emax: hệ số rỗng của đất ở trạng thái xốp nhất.
emin: hệ số rỗng của đất ở trạng thái chặt nhất.
cả emax, emin đều được xác định bằng phương pháp rót cát trong phòng
thí nghiệm.
•
Đất có tính chất bão hoà
Trong đất bão hoà thì việc thoát nước lỗ rỗng là hết sức quan trọng nó
làm cho đất được cố kết lại. Muốn làm được việc này thì phải giảm hàm
25
Copyright: Tài liệu đại học ©