Học viên cao học: Ngô Thanh Sơn Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phi Lân
Nghiên cứu giải pháp xử lý đường đầu cầu trên nền đất yếu - Cao học cầu đường Thanh Hóa
- 6 -
MỞ ĐẦU
Đường đầu cầu là nơi tiếp giáp với mố cầu. Kết cấu đường đầu cầu và mố
cầu là hai bộ phận có sự khác nhau về độ cứng, do đó xảy ra hiện tượng lún lệch tại
vị trí tiếp giáp. Thực tế cho thấy, đoạn chuyển tiếp giữa đường và cầu của các công
trình giao thông, tồn tại vấn đề về lún, nứt đường đầu cầu sau thời gian ngắn đưa
công trình vào khai thác sử dụng. Hiện tượng lún và lún không đều gây ảnh hưởng
xấu cả về mặt mỹ quan lẫn điều kiện xe chạy; là nguyên nhân giảm năng lực thông
hành và gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông; gây hư tổn xe cộ,
phá hỏng hàng hóa, làm tăng khối lượng và công tác duy tu bảo dưỡng; dưới tác
dụng của tải trọng trùng phục xe chạy, sẽ làm tăng nhanh biến dạng của nền đường
ảnh hưởng đến sự êm thuận và gây mất an toàn giao thông.
Hiện trạng lún nền đường đầu cầu đang là vấn đề đã được các cơ quan quản
lý, các nhà khoa học quan tâm. Trong quá trình khảo sát thiết kế các công trình, các
giải pháp giảm nhẹ hoặc khắc phục hiện tượng lún không đều cũng đã được xem xét.
Tuy nhiên, vẫn có không ít công trình không đem lại hiệu quả xử lý như mong đợi.
Do vậy, việc phân tích xác định nguyên nhân, nguyên lý làm việc và đề xuất các
giải pháp xử lý hiện tượng này là thực sự cần thiết và cấp bách.
Từ những thực tiễn trên, với mong muốn nghiên cứu, phân tích các nguyên
nhân gây ra hiện tượng lún nền đường đầu cầu và trên cơ sở công nghệ mới đã áp
dụng thành công ở các nước tiên tiến, đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu,
khắc phục hiện tượng lún khu vực nền đường đầu cầu phù hợp với điều kiện Việt
Nam nói chung và vùng Thanh Hóa nói riêng, tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải
pháp xử lý đường đầu cầu trên nền đất yếu” nhằm nâng cao hiểu biết của bản
thân, cũng như góp một phần nhỏ của mình để có những công trình chất lượng.
Hình 1. Lún đường đầu cầu Kênh Vinh TP Thanh Hóa
Học viên cao học: Ngô Thanh Sơn Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phi Lân
Nghiên cứu giải pháp xử lý đường đầu cầu trên nền đất yếu - Cao học cầu đường Thanh Hóa
- 7 -
Hình 2. Khe nứt điểm tiếp giáp giữa cầu và đường công trình cầu Hạc TP Thanh Hóa
Nội dung luận văn gồm 05 chương, cụ thể như sau:
Mở đầu.
Chương I: Nghiên cứu tổng quan.
Chương II: Nghiên cứu điều tra, thu thập số liệu theo dõi lún nền đường đầu
cầu tại một số tuyến đường và phân tích đánh giá những yếu tố gây nên hiện tượng
lún nền đường đầu cầu.
Chương III: Nguyên tắc của các giải pháp xử lý lún nền đường đầu trên nền
đất yếu.
Chương IV: Nghiên cứu, đề xuất giải pháp xử lý đường đầu cầu đắp trên đất
yếu của cầu Đò Lèn thuộc Quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh Thanh Hóa.
Kết luận.
Học viên cao học: Ngô Thanh Sơn Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phi Lân
Nghiên cứu giải pháp xử lý đường đầu cầu trên nền đất yếu - Cao học cầu đường Thanh Hóa
- 8 -
CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM.
1.1.1. HIỆN TRẠNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN THẾ GIỚI:
Trong mạng lưới giao thông đường bộ, 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 cho các phương tiện giao thông qua lại cầu.
Trên thực tế, những đoạn đường đầu cầu thường là đắp cao và có tiêu chuẩn
về độ lún còn lại 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.
Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu nhằm xác định rõ các nguyên nhân gây
ra hiện tượng lún đoạn đường dẫn đầu cầu, từ đó đưa ra các giải pháp xử lý nhằm
giảm thiểu và khắc phục, trong đó có nhiều nhà khoa học đã có những công trình
nghiên cứu sâu về lĩnh vực này như: D. Stark; S.M.Olson. Các kết quả nghiên cứu
cho thấy có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến lún không đều tạo ra “điểm xóc” và
thường gặp trên các tuyến đường cao tốc hay các tuyến quốc lộ.
Từ nhận định của người điều khiển xe, nhìn chung “điểm xóc” gây nên 3 bất
lợi khác nhau tương đương với 3 mức độ nghiêm trọng khác nhau. Thứ nhất, “điểm
xóc” làm cho người điều khiển xe cảm thấy không êm thuận khi chạy xe. Thứ hai,
“điểm xóc” làm giảm tuổi thọ cho các phương tiện thông qua nó và quan trọng nhất
“điểm xóc” là nguyên nhân làm cho người điều khiển xe mất lái, đó là nguyên nhân
gián tiếp gây tai nạn giao thông khu vực gần cầu. Tùy vào độ chênh cao do lún lệch
giữa mặt cầu và mặt đường mà có thể gây những tác hại theo từng cấp nhất định.
Ngoài ra, “điểm xóc” cũng gây ùn tắc giao thông khi phải tiến hành bảo dưỡng và
khắc phục chúng.
Một vấn đề khác liên quan đến “điểm xóc” đó là việc chi kinh phí cho việc
khắc phục “điểm xóc” thời gian sau này. Theo số liệu thống kê ở Mỹ, trong năm
1995, có 600.000 cây cầu và trong số đó có đến 150.000 chiếc gặp vấn đề “điểm
xóc”. Và kết quả ước tính kinh phí chi cho việc khắc phục vấn đề “điểm xóc” lên đến
100.000.000 USD/năm, trung bình tính cho mỗi cây cầu khoảng 700-1000 USD/cầu.
Học viên cao học: Ngô Thanh Sơn Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phi Lân
Nghiên cứu giải pháp xử lý đường đầu cầu trên nền đất yếu - Cao học cầu đường Thanh Hóa
- 9 -
1.1.2. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU Ở VIỆT NAM:
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.
Lún nhiều trên 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 quá trình khảo sát
thiết kế các công trình, các giải pháp giảm nhẹ hoặc khắc phục hiện tượng lún
không đều đã được xem xét. Tuy nhiên, vẫn có không ít công trình không đem lại
hiệu quả xử lý như mong đợi, ví dụ: Đường Pháp Vân - Cầu Giẽ, Láng Hòa Lạc
(Thành phố Hà Nội), cầu Văn Thánh 2 (Thành phố Hồ Chí Minh), Quốc lộ 10, Dự
án Quốc lộ 1A tránh Thành phố Thanh Hóa, nhiều đoạn đường đầu cầu trên các
tuyến đường ở đồng bằng sông Cửu Long... Các giải pháp xử lý nhằm giảm thiểu
hiện tượng lún không đều nêu ở trên đều sử dụng các giải pháp xử lý thông thường
như đối với nền đường đắp trên đất yếu.
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
Chiều sâu xử lý móng
Bệ móng
Bản đỡ
Nền đắp đầm chặt
Mặt đường
Phạm vi đường
Phạm vi cầu
Mố cầu
Bản quá độ
Mặt cầu
Hình 1.1: Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu
Đất nền
Học viên cao học: Ngô Thanh Sơn Hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phi Lân
Nghiên cứu giải pháp xử lý đường đầu cầu trên nền đất yếu - Cao học cầu đường Thanh Hóa
- 10 -
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.
1.2. TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ
XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO
THÔNG TRÊN THẾ GIỚI.
1.2.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU:
Đất yếu là các loại đất có thể có nguồn gốc khác nhau (khoáng vật hoặc hữu
cơ) và điều kiện hình thành khác nhau (trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm hồ, đồng
bằng tam giác châu thổ hoặc hình thành do đất tại chỗ ở những vùng đầm lầy có
mực nước ngầm cao, có nước tích đọng thường xuyên,…) nhưng đều có chung các
đặc trưng dưới đây:
- Cường độ chống cắt nhỏ và thường tăng lên theo độ sâu;
- Biến dạng nhiều (lún nhiều) khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài và biến
dạng tùy thuộc thời gian chất tải;
- Tính thấm nước kém (hệ số thấm nhỏ) và thay đổi theo sự biến dạng của đất yếu;
- Hệ số rỗng lớn;
- Đất ở trạng thái bão hòa hoặc gần bão hòa.
Ở nước ta, định nghĩa và phân loại đất yếu đã được đề cập cụ thể ở điều 1.4
“Quy trình KSTK nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000.
Ở Trung Quốc các đặc trưng cơ lý của đất yếu được tổng kết như ở bảng 1.1:
Bảng 1.1: Các đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất yếu
Loại đất
yếu
Dung
trọng tự
nhiên
(KN/m3)
Độ ẩm
W (%)
Hệ số
rỗng e
Hàm
lượng
hữu
cơ
(%)
Hệ số
nén
chặt
(kPa)
Hệ số
thấm
k
(cm/s)
Cường độ
cắt cánh
Trị số
xuyên
tiêu
chuẩn
N 63.5
C
u
(kPa)
ử
u (độ)
Đất sét yếu
16 - 19
WL<W<1
00
> 1.0
< 3
> 0.3
<10-6
< 20
< 10
< 2
Đất bùn
1 – 1.5
3 -10
Bùn
> 1.5
Đất đầm lầy
10 – 16
100 - 300
> 3
10 - 50
> 2.0
<10-3
< 10
<20
Than bùn
10
> 300
> 10
> 50
10-2