Tài liệu Phân tích hiện tượng lún đường đầu cầu và đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu tổng tồn tl.911, huyện càng long, tỉnh trà vinh

MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt Danh mục các bảng biểu Danh mục các hình vẽ và đồ thị 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. Cấu trúc của luận văn ............................................................................................... 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU . 4 1.1. Tổng quan về điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn .......................................... 4 1.1.1. Tổng quan.......................................................................................................4 1.1.2. Chỉ tiêu cơ lý cơ bản của đất yếu ở khu vực nghiên cứu ...............................4 1.2. Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu ............................................... 5 1.3. Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu ................................. 6 1.3.1. Khái niệm về đất yếu .....................................................................................6 1.3.2. Phân loại đất yếu ............................................................................................6 1.3.3. 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 .......................................................7 1.3.4. 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 ............................................18 1.4. Kết luận chương I ................................................................................................. 23 CHƯƠNG II: CÁC YÊU CẦU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU............................................................................................................................... 24 2.1. Giới thiệu ............................................................................................................... 24 2.2. Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu ............................................ 24 2.2.1. Yêu cầu đảm bảo ổn định của công trình nền đắp trên nền đất yếu và phương pháp kiểm toán ổn định.............................................................................24 2.2.2. Yêu cầu về độ lún cho phép và phương pháp dự báo lún ............................26 2.2.3. Phương pháp dự báo tổng cộng....................................................................28 2.2.4. Xác định sức chịu tải của cọc.......................................................................32 2.2.5. Kiểm tra điều kiện chọc thủng sàn ...............................................................33 2.2.6. Kiểm toán ứng suất đất nền đáy móng khối quy ước ..................................33 2.3. Phương pháp xây dựng mô hình và phân tích tính ổn định nền đường với phần mềm PLAXIS ..................................................................................................... 34 2.3.1. Giới thiệu chung về phần mềm Plaxis .........................................................34 2.3.2. Các mô hình nền đất.....................................................................................35 2.3.3. Hệ số nền ......................................................................................................38 2.3.4. Nguyên lý tính toán sàn giảm tải .................................................................41 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH BIỆN PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TỔNG TỒN - TỈNH LỘ 911, H.CÀNG LONG........... 43 3.1. Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu .. 43 3.1.1. Các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch ...............................................43 3.1.2. Ảnh hưởng của hiện tượng lún lệch đến việc sử dụng khai thác đường và các công trình lân cận.............................................................................................46 3.1.3. Các kết quả nghiên cứu trước đây về đường dẫn vào cầu. ..........................47 3.1.4. Giải pháp thiết kế mới ..................................................................................50 3.2. Tổng quan về cầu tổng tồn ................................................................................... 51 3.2.1. Quy mô xây dựng .........................................................................................51 3.2.2. Đặc điểm kết cấu ..........................................................................................51 3.2.3. Địa chất các lớp đất ......................................................................................52 3.3. Lựa chọn kết cấu sàn giảm tải ............................................................................. 53 3.3.1. Giải pháp kết cấu sàn giảm tải loại 1 ...........................................................53 3.3.2. Giải pháp kết cấu sàn giảm tải loại 2 ...........................................................67 3.4. Nhận xét ................................................................................................................. 80 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 81 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 82 TÓM TẮT LUẬN VĂN PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH TRÀ VINH Học viên: Thạch Ngọc Minh - Chuyên ngành: Kỹ thuật XD công trình giao thông Mã số: 85.80.205 - Khóa: 36 - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Sự cố lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu xảy ra phổ biến, không chỉ xuất hiện riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển. Trên cơ sở nghiên cứu điều kiện địa chất, địa mạo và khả năng ứng dụng công nghệ xử lý nền đất từ lý thuyết vào thực tiễn, Luận văn đề ra giải pháp xử lý nền đất đắp đoạn đường dẫn vào cầu khu vực huyện Càng Long đảm bảo kinh tế và kỹ thuật. Sử dụng tổng hợp các phương pháp: Phương pháp điều tra, thu thập số liệu; Phương pháp thống kê và phân tích số liệu; Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các mô hình đất; Phương pháp xử lý và phỏng đoán; Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích địa kỹ thuật để phân tích ổn định và biến dạng của nền đường vào cầu đã được xử lý. Từ đó phân tích, tính toán điển hình: Ứng dụng xử lý đường dẫn vào cầu Tổng Tồn trên tỉnh lộ 911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh. Kết quả tính toán đã xác định chiều dài đoạn đường dẫn cần thiết để gia cố, chiều sâu cần gia cố, giải pháp thi công cho công trình và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo. Từ khóa - Lún đường dẫn; xử lý đất yếu; địa kỹ thuật; chiều dài gia cố; phần mềm Plaxis. ANALYSIS ROAD LEADING TO THE BRIDGE SUBSIDENCE PHENOMENON AND PROPOSED MEASURE TO HANDLE BRIDGE SUBSIDENCE ON TRA VINH PROVINCE Abstract - Incidence of subsidence at the junction between the road leading to the bridge on soft ground is common, not only occurring in Viet Nam but also in developed countries. Based on the study of geological, geomorphological conditions and the ability to apply soft soil improvement technology from theory to practice, the essay proposes a solution to treat embankment section leading to bridges in Cang Long Dist economic and technical guarantee. Using a combination of methods: investigation, data collection; statistics and data analysis; researching theoretical basis of soil models; processing and guessing; Plaxis geotechnical analysis software to analyze the stability and deformation of the roadbed into the treated bridge. From there, typical analysis, calculation: Application of processing roads leading to Tong Ton bridge on 914 provincial highway, Tra Vinh province. Results have determined the length of the path needed to reinforce, the depth to reinforce, construction solutions for the works and perspective of the work is provided. Key words - Subsidence the road leading; soft soil improvement; geotechnics; reinforced length; Plaxis software. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: Ký hiệu Đơn vị A m2 Giải thích ý nghĩa Diện tích tiết diện của kết cấu Hệ số rỗng e Cc Ns/m3 Chỉ số nén E N/m2 Mô đun đàn hồi của vật liệu kết cấu Rtc daN cm2 Cường độ tiêu chuẩn Độ sệt B Cu daN cm2  Độ Khả năng chống cắt Góc nội ma sát G Độ bão hòa W Độ ẩm ở trạng thái tự nhiên của đất yếu Wd Giới hạn dẻo của đất yếu Wnh Giới hạn nhão của đất yếu Sc Độ lún cố kết Phần độ lún xảy ra lúc đất yếu mới chịu tải trọng đắp do Stt đất yếu bị chuyển dịch ngang sang hai bên Phần độ lún xảy ra trong quá trình cố kết thứ yếu Stb hi n  zi  pi  vi Cri m Bề dày lớp đất yếu Số lớp đất yếu trong phạm vi vùng gây lún cố kết Áp lực thẳng đứng do tải trọng nền đắp gây ra ở lớp đất yếu thứ i Áp lực tiền cố kết tại lớp i Áp lực do trọng lượng bản thân của các lớp phía trên gây ra trong lớp i Chỉ số nén lún tương ứng ở đoạn pi <  pi Chỉ số nén lún tương ứng ở đoạn pi >  pi Cci QR Tấn Sức chịu tải của cọc theo đất nền PR Tấn Sức chịu tải của cọc theo vật liệu  Hệ số sức kháng QP Tấn Sức kháng mũi cọc QS Tấn Sức kháng thân cọc Li m Chiều dài các lớp mà cọc xuyên qua D m Chiều rộng hay đường kính cọc Db m Chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực bv m Bề rộng bản bụng nhỏ nhất của dầm c m Chiều cao vùng chịu nén 1 Hệ số hình khối ứng suất CÁC CHỮ VIẾT TẮT: BTCT Bê tông cốt thép BTXM Bê tông xi măng BGT Bản giảm tải DƯL Dự ứng lực ĐKT Địa kỹ thuật KCAĐ Kết cấu áo đường PVD Bấc thấm SW Giếng cát BGTVT Bộ Giao thông vận tải DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng biểu Trang Bảng 1.1 Các giải pháp xử lý tương ứng theo tư duy xử lý Bảng 2.1 Hệ số ổn định yêu cầu 24 Bảng 2.2 Độ lún sau thi công cho phép 27 Bảng 2.3 Bảng tra hệ số nền theo Quy trình 22TCN 18-79 38 Bảng 2.4 Bảng tra hệ số nền theo J.E.Bowles 39 Bảng 3.1 Giới hạn độ bằng phẳng theo Lê Bá Vinh và cộng sự 49 Bảng 3.2 Giới hạn độ bằng phẳng theo Nguyễn Hữu Trí 49 Bảng 3.3 Giới hạn độ bằng phẳng theo TEDI 50 Bảng 3.4 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (45×45)cm 57 Bảng 3.5 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (40×40)cm 60 Bảng 3.6 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (35×35)cm 63 Bảng 3.7 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (30×30)cm 66 Bảng 3.8 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (45×45)cm 70 Bảng 3.9 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (40×40)cm 73 Bảng 3.10 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (35×35)cm 76 Bảng 3.11 Bảng kiểm tra nội lực đối với cọc (30×30)cm 79 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu 5 Hình 1.2 Lún lệch nền đường đầu cầu 6 Hình 1.3 Thi công cọc cát 8 Hình 1.4 Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giếng cát - theo nguyên lý thoát 10 nước thẳng đứng 11 Hình 1.6 Thi công cắm bấc thấm tại Nhà máy chế biến gỗ MDF VRG Kiên Giang Vải địa kỹ thuật được sử dụng tại đường dẫn vào cầu Hình 1.7 Cấu tạo sàn giảm tải cầu Kênh Năm (Cà Mau) 17 Hình 1.8 Quá trình cố kết của đất 18 Hình 1.9 Hệ thống cố kết chân không 20 Hình 1.10 Phương pháp trộn phun khô dưới sâu 21 Hình 1.11 Sử dụng ống cống thay cho đất đắp nền đường đầu cầu để giảm 22 Hình 1.5 15 nhẹ tải trọng tác dụng lên nền đất yếu bên dưới Hình 2.1 Toán đồ xác định hệ số độ lún F tại trục tim của tải trọng đắp 31 hình thang Hình 2.2 Sự phân bố áp lực đất theo Bowles 35 Hình 2.3 Sự phân bố áp lực đất theo Stanislav 37 Hình 2.4 Mô hình tính toán xe HL-93 và tải trọng làn 41 Hình 3.1 Các nhân tố gây ra hiện tượng lún lệch (Wahls, 1997) 43 Hình 3.2 44 Hình 3.3 Xếp loại các loại đất có khả năng xói mòn nhất (Briaud và các cộng sự, 1997) Kết cấu mố không liền khối (mố cọc) Hình 3.4 Kết cấu mố liền khối 46 Hình 3.5 Sơ đồ các lực gây ra trên cọc do sự biến dạng của đất yếu 47 Hình 3.6 Giới hạn độ bằng phẳng theo phương dọc Briaud, J.L (1997) 48 Hình 3.7 Sơ đồ cọc đất gia cố xi măng theo phương pháp tiếp cận 50 Hình 3.8 Mặt cắt ngang đại diện 54 45 Hình 3.9 Mặt cắt dọc bố trí sàn giảm tải loại 1 54 Hình 3.10 Mặt bằng bố trí cọc BTCT loại 1 54 Hình 3.11 Mô hình tính toán 1 KT(20×12×0,35)m 55 Hình 3.12 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,709m 55 Hình 3.13 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,081m 56 Hình 3.14 Kết quả phân tích ta có độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,101m 56 Hình 3.15 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 374,47kN/m2 56 Hình 3.16 Kết quả phân tích ta có độ lún của cọc lớn nhất = 0,073m 57 Hình 3.17 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,761 57 Hình 3.18 Mô hình tính toán 2 KT(20×12×0,35)m 58 Hình 3.19 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,718m 58 Hình 3.20 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,081m 59 Hình 3.21 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,102m 59 Hình 3.22 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 360,75kN/m2 59 Hình 3.23 Kết quả phân tích ta có độ lún của cọc lớn nhất = 0,071m 60 Hình 3.24 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,635 60 Hình 3.25 Mô hình tính toán 3 KT(20×12×0,35)m 61 Hình 3.26 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,728m 61 Hình 3.27 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,080m 62 Hình 3.28 Kết quả phân tích ta có độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,104m 62 Hình 3.29 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 346,74kN/m2 62 Hình 3.30 Kết quả phân tích ta có độ lún của cọc lớn nhất = 0,077m 63 Hình 3.31 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,497 63 Hình 3.32 Mô hình tính toán 4 KT(20×12×0,35)m 64 Hình 3.33 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,737m 64 Hình 3.34 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,081m 65 Hình 3.35 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,105m 65 Hình 3.36 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 322,65kN/m2 65 Hình 3.37 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,083m 66 Hình 3.38 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 3,443 66 Hình 3.39 Mặt cắt dọc bố trí sàn giảm tải loại 2 67 Hình 3.40 Mặt bằng bố trí cọc BTCT loại 2 67 Hình 3.41 Mô hình tính toán 5 KT(20×12×0,30)m 68 Hình 3.42 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,235m 68 Hình 3.43 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,190m 69 Hình 3.44 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 69 Hình 3.45 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 656,90kN/m2 69 Hình 3.46 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,077m 70 Hình 3.47 Kết quả hệ số an toàn lớn nhất = 1,275 70 Hình 3.48 Mô hình tính toán 6 KT(20×12×0,30)m 71 Hình 3.49 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,236m 71 Hình 3.50 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,20m 72 Hình 3.51 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 72 Hình 3.52 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 643,86kN/m2 72 Hình 3.53 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,078m 73 Hình 3.54 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 1,274 73 Hình 3.55 Mô hình tính toán 7 KT(20×12×0,30)m 74 Hình 3.56 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,236m 74 Hình 3.57 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,219m 75 Hình 3.58 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 75 Hình 3.59 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 630,75kN/m2 75 Hình 3.60 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,082m 76 Hình 3.61 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 1,257 76 Hình 3.62 Mô hình tính toán 8 KT(20×12×0,30)m 77 Hình 3.63 Kết quả độ lún toàn bộ đường dẫn vào cầu lớn nhất = 0,237m 77 Hình 3.64 Độ lún mặt đường phía trên sàn giảm tải lớn nhất = 0,233m 78 Hình 3.65 Kết quả độ lún sàn giảm tải lớn nhất = 0,089m 78 Hình 3.66 Kết quả ứng suất tác dụng lên đầu cọc lớn nhất = 618,76kN/m2 78 Hình 3.67 Kết quả độ lún của cọc lớn nhất = 0,077m 79 Hình 3.68 Kết quả phân tích ta có hệ số an toàn lớn nhất = 1,275 79 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Vị trí địa lý, huyện Càng Long nằm ở phía Bắc của tỉnh Trà Vinh, phía Đông giáp TP. Trà Vinh, giáp tỉnh Bến Tre qua ranh giới là sông Cổ Chiên ở phía Đông Bắc và giáp huyện Châu Thành ở phía Đông Nam. Phía Tây giáp huyện Cầu Kè (Tây Nam) và tỉnh Vĩnh Long (Tây Bắc). Phía Nam giáp huyện Tiểu Cần, phía Bắc giáp huyện Vũng Liêm - tỉnh Vĩnh Long. Trung tâm huyện nằm ven trục QL.53, nối liền hai tỉnh Trà Vinh và Vĩnh Long, cách TP. Trà Vinh 21km và cách TP. Vĩnh Long 43km. Ngoài ra trục tuyến QL.60 (đoạn qua xã Đức Mỹ - Bình Phú, huyện Càng Long) đã được thông tuyến giữa hai tỉnh Trà Vinh và Bến Tre, và các tuyến tỉnh lộ như TL.911. Phát triển cơ sở hạ tầng giao thông là một lợi thế cho huyện và được xem là cửa ngõ giao lưu kinh tế - văn hóa - xã hội của tỉnh Trà Vinh với các tỉnh trong khu vực đồng bằng Sông Cửu Long và cả nước. Song song đó vấn đề đặt ra là lưu lượng xe vận tải hàng hóa lớn, nhiều dịch vụ khác sẽ tác động ảnh hưởng lớn đến hạ tầng giao thông đặc biệt là công trình cầu đường, hiện tượng xuống cấp, hư hỏng mặt đường,... đặc biệt là hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu. Sự cố lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu (lún gãy, độ cứng thay đổi đột ngột, lực xung kích lớn), dẫn đến hiện tượng ô tô bị xóc khi ra vào cầu làm ảnh hưởng đến độ êm thuận của người và hàng hóa trên xe, gây ra tai nạn giao thông, giảm vận tốc xe chạy và tăng chi phí duy tu bảo dưỡng công trình.... đây là dạng sự cố phổ biến, không chỉ xuất hiện riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển. Hiện nay trên địa bàn tỉnh Trà Vinh có khoảng 186 cầu bê tông cốt thép do Sở Giao thông Vận Tải tỉnh Trà Vinh quản lý, trong đó có khoảng 41 cầu lớn nhỏ đang xuống cấp điển hình là sụp lún đường dẫn vào cầu. Ở nước ta hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu khảo sát cụ thể để đánh giá mức độ tổn thất do vấn đề này gây ra. Đã có những nghiên cứu, đưa ra giải pháp xử lý, song vẫn chưa khắc phục được vấn đề này một cách triệt để. Do đó đoạn đường đắp đầu cầu là một trong những hạng mục công trình quan trọng, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu phân tích và những biện 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: “Phân tích hiện tượng lún đường đầu cầu và đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu Tổng Tồn - TL.911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh” là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Trên cơ sở nghiên cứu điều kiện địa chất, địa mạo và khả năng ứng dụng công nghệ xử lý nền đất từ lý thuyết vào thực tiễn, đề ra giải pháp xử lý nền đất đắp 2 đoạn đường dẫn vào cầu khu vực huyện Càng Long đảm bảo kinh tế và kỹ thuật. - Nghiên cứu, tính toán hệ số nền các lớp đất. - Áp dụng tính toán và lựa chọn hợp lý, đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu trên địa bàn tỉnh Trà Vinh. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a. Đối tượng nghiên cứu - Phân tích các loại, dạng mố cầu. - Phân tích chỉ tiêu cơ lý của đất khu vực nghiên cứu. - Vận dụng phối hợp các phương án nền - móng đang được sử dụng phổ biến tại công trình thực tế như: móng cọc BTCT, cọc đất gia cố xi măng,… - Dựa theo số liệu phân tích, đưa ra ưu nhược điểm, để từ đó đề xuất các biện pháp xử lý lún. b. Phạm vi nghiên cứu - Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố cầu và nền đường đầu cầu; - Nghiên cứu, phân tích hiện tượng lún đường đầu cầu và đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu Tổng Tồn, tại lý trình Km29+130 thuộc tỉnh lộ 911, địa phận huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh. - Nghiên cứu lý thuyết tính toán các phương án nền móng do các nhà khoa học đã công bố trước đây được xem là đúng đắn, có thể sử dụng để tính toán các giải pháp thiết kế do Luận văn đề xuất. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Thu thập, biên dịch các tài liệu có liên quan, tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay trong lĩnh vực xử lý nền đất yếu và xử lý lún lệch giữa mố cầu và đường dẫn vào cầu. - Sử dụng tổng hợp các phương pháp: Phương pháp điều tra, thu thập số liệu; Phương pháp thống kê và phân tích số liệu; Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các mô hình đất; Phương pháp xử lý và phỏng đoán; Sử dụng phần mềm phân tích địa kỹ thuật để phân tích ổn định và biến dạng của nền đường vào cầu đã được xử lý. Từ đó nghiên cứu đề xuất các giải pháp cải tạo, xây dựng; - Phân tích, đánh giá các giải pháp chống lún ở đường đầu cầu đang sử dụng phổ biến tại Việt Nam. - Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích, tính toán ổn định nền đường, hệ số ổn định cho phép. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC - THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Góp phần làm rõ phạm vi đã nghiên cứu mối tương tác động lực học giữa 3 đối tượng: “điều kiện mặt đường” + “hệ thống dao động của ô tô” + “người và hàng hóa 3 trên ô tô”. Từ đó đánh giá độ êm thuận của đoạn đường dẫn vào cầu trên cơ sở giá trị của những tác động xấu lên người và hàng hóa,… khi ô tô ra, vào cầu, làm phong phú các phương pháp xử lý nền móng trong công tác xây dựng nền móng 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. - Đánh giá hiện trạng và khả năng chịu tải của đất nền trên địa bàn huyện Càng Long tỉnh Trà Vinh. Xác định chiều dài đoạn đường dẫn cần thiết để gia cố, chiều sâu cần gia cố, giải pháp thi công cho công trình. Tính toán điển hình: Ứng dụng xử lý đường dẫn vào cầu Tổng Tồn trên tỉnh lộ 911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh. 6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN - 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. Phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún nền đường đầu cầu 1.3. 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; - Chương 2: Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố cầu, nền đường đầu cầu; Phương pháp xây dựng mô hình và Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích tính toán ổn định nền đường, hệ số ổn định cho phép. 2.1. Yêu cầu về tính toán, thiết kế dạng mố, nền đường đầu cầu. 2.2. Phương pháp xây dựng mô hình và Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích tính toán ổn định nền đường, hệ số ổn định cho phép. 2.3. Phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu. - Chương 3: Phân tích biện pháp sử dụng sàn giảm tải xử lý lún đường đầu cầu Tổng Tồn – TL.911, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh. 3.1. Tổng quan về cầu Tổng Tồn. 3.2. Tính toán hệ số nền theo modun biến dạng nền: 3.3. Áp dụng hệ số nền tính toán, so sánh lựa chọn đề xuất biện pháp xử lý lún đường đầu cầu. - Phần Kết luận, Kiến nghị. 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU Trong chương này, luận văn trình bày các nội dung chính: - Tổng quan về điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn,... tại khu vực nghiên cứu. - Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu, kết quả nghiên cứu các phương pháp xử lý lún nền đường đầu cầu, thiết kế mới đã được các nhà khoa học đi trước công bố, phân tích ưu nhược điểm và xác định phương hướng nghiên cứu của luận văn. 1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA HÌNH, ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN 1.1.1. Tổng quan Khu vực đồng bằng sông Cửu Long và phần lớn địa bàn tỉnh Vĩnh Long có dạng bồn trũng theo hướng Đông Bắc - Tây Nam mà trung tâm bồn trũng là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu. Do điều kiện hình thành nên các tầng trầm tích ở khu vực này có chiều dày lớn và biến đổi phức tạp. Đặc biệt lớp trầm tích phù sa trẻ Holocene gần như phủ kín khắp bề mặt khu vực, có bề dày từ vài mét đến hàng chục mét, một số nơi lên đến (40÷60)m. Đặc trưng của hệ trầm tích yếu trong khu vực là đang trong quá trình biến đổi tích tụ, phân hủy hấp thụ hóa sinh, bão hòa nước và bắt đầu vào quá trình cố kết hóa đá, nên các tầng đất có trạng thái từ mềm yếu đến rất mềm yếu, khả năng chịu tải thấp, tính biến dạng cao. 1.1.2. Chỉ tiêu cơ lý cơ bản của đất yếu ở khu vực nghiên cứu Ngoại trừ lớp trên bề mặt có bề dày khoảng (0.5÷3.0)m đã được cải tạo, thổ nhưỡng hay thổ cư hóa,… còn lại các tầng trầm tích trẻ Holocene bên dưới chủ yếu là dạng bùn sét có các đặc điểm chung về cơ lý như : - Trạng thái rất mềm (hoặc rất rời rạc), hoàn toàn bão hòa nước, đang trong quá trình phân hủy hấp thụ hóa sinh, độ ẩm rất cao từ 50% đến 100% (có khu vực đến 120%); khối lượng thể tích khô nhỏ, thường không quá hoặc xấp xỉ 1.0g/cm3; độ sệt IL>1.0; hệ số rỗng e >1.0 thậm chí có khu vực lên đến (2÷3) hoặc lớn hơn. - Tính nén lún cao, chỉ số nén Cc biến đổi từ 0.5 đến 1.5, module tổng biến dạng E02 từ (5÷10)kG/cm2. - Cường độ sức chống cắt không thoát nước của đất trong phần lớn khu vực đều nhỏ hơn 0.2kG/cm2. - Tính thấm nước thấp: tính năng thấm nước của đất yếu rất thấp, thường hệ số thấm theo phương đứng vào khoảng i*(10-6 ÷10-8)cm/sec ( với i =1÷10). - Tính không đồng đều: do điều kiện trầm tích nên trong tầng đất dạng bùn sét thường có kẹp tầng đất bột với chiều dày không giống nhau khiến đặc điểm cơ lý theo phương ngang và phương đứng khác nhau. 5 1.2. TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU Hiện trạng khai thác tại khu vực nối tiếp giữa cầu và đường dẫn. Lún tại vị trí tiếp giáp giữa cầu và đường được định nghĩa là sự khác nhau về cao độ của mặt đường tại bản mặt cầu do lún không đều của nền đường và mố cầu. Vấn đề lún này gây ra mất an toàn cho lái xe, làm cho giao thông không được êm thuận. Nhiều công trình cầu đường bộ hiện nay phần nối tiếp giữa cầu và đường thường có hiện tượng lún ở đường đầu cầu, gây nứt ở phần tiếp giáp, xe chạy không êm thuận do độ cứng ngay tại vị trí tiếp giáp giữa cầu và đường dẫn chênh lệch khá lớn. Việc xử lý nền đường đắp chưa tốt dẫn đến kết cấu áo đường tại vị trí này thường hay bị nứt gãy. Phạm vi đường Phạm vi cầu Khe nối Bản quá độ Mặt cầu Mố cầu Mặt đường Bản đỡ Bệ móng Nền đắp đầm chặt Chiều sâu xử lý móng Đất nền Hình 1.1. Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu - 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 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. 6 Hình 1.2. Lún lệch nền đường đầu cầu 1.3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.3.1. Khái niệm về 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 [9]. - Đa số các nhà nghiên cứu coi “đất sét” là những loại đất có khả năng chịu tải nhỏ ( Rtc  ( 0.5  1.0 ) daN cm2 ), có tính nén lún lớn (a>0.05cm2/daN), môđun biến dạng bé (E0 < 50daN/cm2), khả năng chống cắt bé (   50 , Cu  0.5 daN 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,… [9] 1.3.2. 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, 7 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, có hệ số rỗng lớn (sét e  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  = ( 0 10) hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện 0 trường Cu  0.35 daN cm2 [9]. Ngoài ra, ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn có 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 [7]. - 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 trạng thái tự nhiên - Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt B: W − Wd B= Wnh − Wd Trong đó: W: Độ ẩm ở trạng thái tự nhiên của đất yếu. Wd, Wnh: Giới hạn dẻo và giới hạn nhão của đất yếu. ▪ Nếu B>1 thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy) ▪ Nếu 0,75 3m. Phạm vi áp dụng - 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 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; 10 b. Phương pháp gia cố nền bằng đường thấm thẳng đứng kết hợp với gia tải trước b.1. Phương pháp thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát Giới thiệu phương pháp - Cọc cát có chức năng như một giếng cát làm cho nước ở trong đất thoát ra nhanh qua lỗ cát này. Tiến trình cố kết và độ lớn sẽ được làm tăng và xảy ra nhanh hơn do trong quá trình xử lý đất. Ống thép được cắm vào đất làm cho nền tảng được ép chặt lại. Đất được nén chặt thêm bởi quá trình tạo ra lỗ. Còn nước ở trong đất thì sẽ bị nén cho thoát ra ngoài lỗ khoan được nhồi cát. Hình 1.4. Sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng giếng cát - theo nguyên lý thoát nước thẳng đứng Mô tả phương pháp - Giếng cát - một số tài liệu trước đây còn gọi là cọc cát; song hiện nay tên gọi của biện pháp xử lý nền đất yếu này thiên về cụm từ giếng cát hơn với lý do: cọc phải 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. Trình tự thi công (1) Thi công lớp đệm cát (nếu có). (2) Định vị vị trí giếng cát. (3) Vận chuyển cát (hạt trung, hạt lớn) đến vị trí. (4) Hạ cọc ống thép (rỗng) đúng vị trí và cao độ thiết kế. (5) Đổ cát vào đầy cọc. (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. 11 - 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. - Cần thêm một vòi phun nước để hỗ trợ việc "lấp đầy" của cát trong cọc ống thép... b.2. Phương pháp thoát nước 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 QL.5 trên đoạn Km 47-Km 62 vào năm 1993, sau đó dùng cho QL.51 (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,… Hình 1.5. Thi công cắm bấc thấm tại Nhà máy chế biến gỗ MDF VRG Kiên Giang 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. Ưu điểm phương pháp - Dễ thi công và lắp đặt - Khả năng thoát nước tốt - Không làm xáo trộn tầng đất