Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu đường dẫn vào cầu

Chia sẻ: ViJiji ViJiji | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn được nghiên cứu với mục tiêu nhằm đề xuất giải pháp thiết kế và thi công gia cố đất yếu dưới nền đường đầu cầu nhằm đảm bảo sự êm thuận, an toàn cho công trình và các phương tiên lưu thông trên đoạn đường tiếp giáp từ đường đến cầu và ngược lại. Xác định được chiều dài đoạn đường dẫn cần thiết, chiều sâu cần gia cố, giải pháp thi công cho công trình. Sự ổn định của hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu đường dẫn vào cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN LÝ CHIÊU THỐNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 8.58.02.01 LONG AN, NĂM 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN LÝ CHIÊU THỐNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 8.58.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC LONG AN, NĂM 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các tạp chí khoa học và công trình nào khác. Các thông tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ ràng./. Tác giả Lý Chiêu Thống
ii LỜI CÁM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành được tỏ lòng biết ơn và lời cám ơn chân thành đến Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Phúc người trực tiếp hướng dẫn luận văn, đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi tìm ra hướng nghiên cứu, tiếp cận thực tế, tìm kiếm tài liệu, xử lý và phân tích số liệu, giải quyết vấn đề…nhờ đó tôi mới có thể hoàn thành luận văn của mình. Ngoài ra, trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài tôi còn nhận được nhiều sự quan tâm, góp ý, hổ trợ quý báu của quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và người thân. Tôi xin bày tỏ long biết ơn sấu sắc đến: . Cha mẹ và những người thân trong gia đình đã hổ trợ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua và đặt biệt trong thời gian tôi theo học khóa thạc sĩ tại trường Đại Học Kinh Tế Công Nghiệp Long An. . Quý thầy cô khoa xây dựng và quý thầy cô khoa sau đại học – trường Đại Học Kinh Tế Công Nghiệp Long An đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt hai năm học vừa qua. . Ban giám đốc Ban quản lý dự án đầu tư xây dựng huyện Cần Đước và các bạn bè, đồng nghiệp luôn động viên, hổ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả Lý Chiêu Thống
iii NỘI DUNG TÓM TẮT Tải trọng xe cộ là tải trọng động, tải trọng nền đường đắp là tải trọng tĩnh, dưới tác dụng đồng thời của hai loại tải trọng này đẩy nhanh tốc độ cố kết của nền đất dưới nền đường đắp gây ra hiện tượng lún lệch. Độ lún quá mức có thể xảy ra một cách đơn giản từ giải pháp thiết kế không phù hợp hoặc thi công không đúng yêu cầu kỹ thuật. Một nguyên nhân khác trong vấn đề giải pháp thi công là công trình cầu thường được thi công trước, mặt khác móng trụ mố cầu được thi công trên một nền móng vững chắc, độ lún của công trình cầu được giới hạn đến một mức độ nhỏ nhất, trong khi đó, công trình đường dẫn vào cầu thi công sau, nền đường chỉ mới cố kết được một phần, độ lún nền đường chưa đạt đến độ lún cuối cùng. Do vậy, khi đưa công trình vào khai thác sử dụng thì sau một khoảng thời gian nền đường dẫn vào cầu tiếp tục lún xuống dẫn đến hiện tượng lún lệch. Luận văn “nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu đường dẫn vào cầu” nhằm rút ngắn thời gian thi công và hạn chế bù lún là rất cần thiết và cấp bách. Dựa vào số liệu địa kỹ thuật, tải trọng, các cơ sở lý thuyết và các tài liệu tham khảo có liên quan. Học viên tiến hành phân tích, đánh giá cho công trình đường dẫn đầu cầu thực tế tại huyện Tân Phú Đông – tỉnh Tiền Giang. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng tính toán, kiểm tra ổn định và biến dạng nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu cho các trường hợp: Nền đất chưa có giải pháp gia cố và trường hợp nền đất được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng.
iv ABSTRACT A STUDY ON THE SOLUTION OF CEMENT SOIL PILLAR COMBINED WITH GEOTEXTILE TO REINFOCE SOFT GROUND LEADING TO THE BRIDGE Vehicle load is the dynamic load, the embankment load is the static load, under the effect of these two types of load, accelerate the consolidation of the ground under the embankment causing the settlement subsidence phenomenon. Excessive settlement may occur simply from improper design solutions or improper construction. Another cause of the bridge is usually constructed first, on the other hand the abutment foundation is constructed on a solid foundation, the settlement of the bridge is limited to a certain extent. Smallest, meanwhile, the roald leading to the later construction bridge is only partially consolidated, the subsidence has not reached the final settlement. Therefore, when putting the works into exploitation and use, after aperiod of time the road leading to the bridge continues to subside, leading to the subsidence phenomenon. The dissertation studying the solution of cement soil pillar combined with geotextile to reinfoce soft ground leading to the bridge in order to shorten the construction time and limit the settlement settlement is very necessary and urgent. Based on geotechnical data,load, theoretical basis and relevant references, students conduct analysis and evaluation for the bridge leading bridge in Tan Phu Dong district – Tien Giang Province. Using the finite element method to simulate calculations, checking stability and deformation of soft ground under the bridge-bed foundation for the following cases: The ground has no reinforced solution and the reinfoced soil case by the system of cement soil..
v MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ ........................................................ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................................... x PHẦN MỞ ĐẤU ........................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ..................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................ 2 3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2 5. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU .................................................................. 4 1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu ....................... 4 1.2. Nguyên nhân gây ra độ lún lệch ...................................................................... 7 1.2.1. Mặt đường ở vị trí bản quá độ thi công kém.......................................... 7 1.2.2. Loại mố cầu và loại móng chống đỡ ..................................................... 7 1.2.3. Do đất đắp ............................................................................................ 8 1.2.4. Do chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị ngang của móng trên nền đất.... 9 1.2.5. Thoát nước kém .................................................................................. 10 1.3. Một số biện pháp giảm độ lún lệch của đường dẫn đầu cầu ........................... 10 1.3.1. Các biện pháp giảm độ lún của lớp đất đắp ......................................... 11 1.3.2. Các phương pháp cải tạo nền đất yếu .................................................. 13 1.4. Kết luận chương 1 ......................................................................................... 17 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ............................................. 18 2.1. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu ........................................... 18 2.1.1. Cách xác định khoảng cách giữa các trụ đất xi măng .......................... 18 2.1.2. Kiểm tra theo vật liệu trụ .................................................................... 18 2.1.3. Kiểm tra theo đất nền .......................................................................... 19 2.1.4. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm trụ...................................................... 20 2.1.5. Độ lún của khối thân trụ ...................................................................... 21 2.1.6. Độ lún của đất dưới mũi trụ ................................................................ 22
vi 2.2. Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản ............................................ 23 2.2.1. Sức chịu tải của trụ đất xi măng theo vật liệu ...................................... 23 2.2.2. Sức chịu tải của trụ đất xi măng theo đất nền ...................................... 23 2.2.3. Tính độ lún của nền đất gia cố ............................................................ 24 2.3. Phương pháp tính toán theo quy trình Trung Quốc ........................................ 26 2.3.1. Sức chịu tải của khối gia cố ................................................................ 26 2.3.2. Độ lún của nền đất gia cố .................................................................... 27 2.4. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN 9403:2012 .......... 28 2.5. Vải địa kỹ thuật ............................................................................................. 29 2.5.1. Khái niệm ........................................................................................... 29 2.5.2. Phân loại ............................................................................................. 30 2.5.3. Ứng dụng hiện nay.............................................................................. 31 2.6. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 33 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 34 3.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 34 3.1.1. Điều kiện địa chất khu vực công trình cầu Tân Phú Đông ................... 34 3.1.2. Yêu cầu thiết kế .................................................................................. 37 3.2. Giới thiệu phần mềm Plaxis .......................................................................... 37 3.2.1. Phần tử kết cấu ................................................................................... 41 3.2.2. Phần tử đất .......................................................................................... 41 3.2.3. Phần tử tiếp xúc .................................................................................. 41 3.2.4. Các dạng mô hình nền......................................................................... 41 3.2.5. Mô hình nền đàn dẻo lý tưởng ............................................................ 42 3.3. Phân tích và tính toán đối với nền đường dẫn vào cầu ................................... 43 3.3.1. Nền đường dẫn vào cầu chưa gia cố .................................................... 44 3.3.2. Nền đường dẫn được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải ĐKT 45 3.3.3. Kiểm tra tính ổn định và biến dạng của của đường dẫn ....................... 50 3.4. Kết luận chương 3 ......................................................................................... 56 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 57 1. Kết luận ............................................................................................................. 57
vii 2. Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo ........................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 59
viii DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ họa các nguyên nhân gây độ lún đường dẫn đầu cầu ................................ 6 Hình 1.2 Khối EPS (R-Control, 2005) ....................................................................... 12 Hình 2.1 Phân chia tải trọng tác dụng lên trụ và đất nền ............................................. 21 Hình 2.2 Vải địa kĩ thuật ............................................................................................ 29 Hình 2.3 Vải địa kĩ thuật dệt polypropylene ............................................................... 30 Hình 2.4 Vải địa kĩ thuật dệt polypropylene ............................................................... 30 Hình 2.5 Ứng dụng Vải địa kĩ thuật ........................................................................... 32 Hình 3.1 Cắt dọc địa chất khu vực nghiên cứu ........................................................... 34 Hình 3.2 Hình trụ hố khoan HK1 ............................................................................... 36 Hình 3.3 Mặt cắt ngang nền đường đầu cầu ............................................................... 37 Hình 3.4 Sơ đồ tính toán nền đất yếu chưa được gia cố .............................................. 44 Hình 3.5 Mô hình FEM nền đất yếu chưa được gia cố ............................................... 44 Hình 3.6 Sơ đồ tính toán nền đất được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật ................................................................................................................ 45 Hình 3.7 Mô hình FEM nền đất được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật ................................................................................................................ 45 Hình 3.8 Lưới chuyển vị ............................................................................................ 49 Hình 3.9 Tổng chuyển vị của nền chưa gia cố ............................................................ 50 Hình 3.10 Độ lún của nền đất chưa gia cố .................................................................. 50 Hình 3.11 Ứng suất có hiệu trung bình của nền chưa gia cố ....................................... 51 Hình 3.12 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng của nền chưa gia cố ....................................... 51 Hình 3.13 Hệ số an toàn của nền chưa gia cố, FS= 1,032 ........................................... 52 Hình 3.14 Kết quả tính toán nền chưa gia cố .............................................................. 52 Hình 3.15 Tổng chuyển vị của nền đã gia cố bằng trụ đất xi măng ............................. 53 Hình 3.16 Độ lún của nền đất sau gia cố bằng trụ đất xi măng ................................... 53 Hình 3.17 Ứng suất có hiệu trung bình của nền đã gia cố bằng trụ đất xi măng.......... 54 Hình 3.18 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng của nền đã gia cố bằng trụ đất xi măng.......... 54 Hình 3.19 Hệ số an toàn của nền đã gia cố bằng trụ đất xi măng, FS= 2,739 .............. 55 Hình 3.20 Kết quả tính toán nền đã gia cố bằng trụ đất xi măng................................. 55
ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nguyên nhân gây độ lún đường dẫn đầu cầu ................................................. 5 Bảng 1.2 Một số biện pháp giảm độ lún lệch đầu cầu................................................. 10 Bảng 3.1 Các trường hợp mô phỏng với L= 5,0 m ..................................................... 46 Bảng 3.2 Các trường hợp mô phỏng với L= 10,0 m .................................................. 46 Bảng 3.3 Các trường hợp mô phỏng với L= 15,0 m ................................................... 47 Bảng 3.4 Các thông số đầu vào của các lớp đất nền và đất đắp trong Plaxis ............... 47 Bảng 3.5 Các thông số đầu vào của trụ đất xi măng ................................................... 48 Bảng 3.6 Các giai đoạn tính toán ............................................................................... 49 Bảng 3.7 Chuyển vị theo phương đứng trường hợp L= 15,0 m (Đơn vị: mm) ............ 56 Bảng 3.8 Hệ số an toàn ∑ M sf trường hợp trụ đất xi măng có chiều dài L= 15,0 m .. 56
x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long FEM Finite Element Method PTHH Phần tử hữu hạn TP. HCM Thành Phố Hồ Chí Minh XM Xi măng VĐKT Vải địa kỹ thuật
1 PHẦN MỞ ĐẤU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Hầu hết cao độ hoàn thiện của đường dẫn vào cầu được thiết kế bằng với cao độ bản mặt cầu. Qua một thời gian khai thác sử dụng, dưới tác dụng của tải trọng xe cộ, nhất là tải trọng trùng phục làm cho nền đường đắp ngày càng nén chặt lại, từ đó xuất hiện độ lún lệch. Bởi vì nền đường lún xuống trong khi cao độ mặt cầu vẫn giữ nguyên. Tải trọng xe cộ là tải trọng động, tải trọng nền đường đắp là tải trọng tĩnh, dưới tác dụng đồng thời của hai loại tải trọng này đẩy nhanh tốc độ cố kết của nền đất dưới nền đường đắp gây ra hiện tượng lún lệch. Độ lún quá mức có thể xảy ra một cách đơn giản từ giải pháp thiết kế không phù hợp hoặc thi công không đúng yêu cầu kỹ thuật. Một nguyên nhân khác trong vấn đề giải pháp thi công là công trình cầu thường được thi công trước, mặt khác móng trụ mố cầu được thi công trên một nền móng vững chắc, độ lún của công trình cầu được giới hạn đến một mức độ nhỏ nhất, trong khi đó, công trình đường dẫn vào cầu thi công sau, nền đường chỉ mới cố kết được một phần, độ lún nền đường chưa đạt đến độ lún cuối cùng. Do vậy, khi đưa công trình vào khai thác sử dụng thì sau một khoảng thời gian nền đường dẫn vào cầu tiếp tục lún xuống dẫn đến hiện tượng lún lệch. 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 “Nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu đường dẫn vào cầu” nhằm rút ngắn thời gian thi công và hạn chế bù lún là rất cần thiết và cấp bách. Từ đó nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu là việc cần thiết, cấp bách và có ý nghĩa to lớn về kỹ thuật, kinh tế, văn hóa xã hội, chính trị…
2 2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Trên cơ sở nghiên cứu điều kiện địa chất, địa mạo và khả năng ứng dụng công nghệ gia cố nền đất từ lý thuyết vào thực tiễn, đề ra giải pháp xử lý nền đất đắp đoạn đường dẫn vào cầu khu vực huyện Tân Phú Đông – tỉnh Tiền Giang đảm bảo kinh tế và kỹ thuật. Đề xuất giải pháp thiết kế và thi công gia cố đất yếu dưới nền đường đầu cầu nhằm đảm bảo sự êm thuận, an toàn cho công trình và các phương tiên lưu thông trên đoạn đường tiếp giáp từ đường đến cầu và ngược lại. Xác định được chiều dài đoạn đường dẫn cần thiết, chiều sâu cần gia cố, giải pháp thi công cho công trình. Sự ổn định của hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu. 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của giải pháp gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật. Lý thuyết về ổn định và biến dạng trong nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật. Dựa vào số liệu địa kỹ thuật, tải trọng, các cơ sở lý thuyết và các tài liệu tham khảo có liên quan. Học viên tiến hành phân tích, đánh giá cho công trình đường dẫn đầu cầu thực tế tại huyện Tân Phú Đông – tỉnh Tiền Giang. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn – Plaxis để mô phỏng tính toán, kiểm tra ổn định và biến dạng nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu cho các trường hợp: Nền đất chưa có giải pháp gia cố và trường hợp nền đất được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu khi được gia cố bằng công nghệ trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật.
3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Luận văn thực hiện nghiên cứu với địa chất thu thập và khảo sát tại huyện Tân Phú Đông và giải pháp này dùng để gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu tại huyện Tân Phú Đông – tỉnh Tiền Giang. 5. Cấu trúc của luận văn Nội dung luận văn gồm có phần mở đầu, 03 chương nội dung và phần kết luận và kiến nghị, trình bày các vấn đề sau: Phần mở đầu: Trình bày các vấn đề tổng quan về đề tài nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu đường dẫn vào cầu như: Tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Chương 1. Tổng quan: Nghiên cứu tổng quan về các nguyên nhân cơ bản gây ra độ lún lệch đường dẫn vào cầu; Cấu tạo của giải pháp gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật; Chương này cũng trình bày về các cách thức bố trí cấu tạo của giải pháp gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật. Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính toán gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật: Tổng kết các các giả thuyết tính toán và nguyên lý thiết kế; phương pháp tính toán gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật của các tác giả trong và ngoài nước. Học viên đi sâu nghiên cứu các lý thuyết kiểm tra ổn định và các trạng thái giới hạn sử dụng. Chương 3. Nghiên cứu ứng dụng tính toán cho công trình thực tế: Mô hình tính toán có mặt cắt ngang nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu ở huyện Tân Phú Đông. Sử dụng phần mềm Plaxis để kiểm tra ổn định và biến dạng trong nền cho 2 trường hợp: Trường hợp nền đất chưa có giải pháp gia cố và trường hợp nền đất được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng. Các kết quả tính toán và mô phỏng được phân tích và so sánh với nhau. Phần kết luận và kiến nghị: Trình bày các kết quả và kiến nghị của nghiên cứu.
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra, hiện tượng xe bị nảy lên ở vị trí đầu cầu sẽ được nhận thấy khi độ lún lệch khoảng 1,3 cm và trở thành vấn đề khi độ lún này khoảng 2,5 cm, và có thể khá nghiêm trọng gây mất êm thuận khi độ lún lệch khoảng từ 5 cm ÷ 10 cm. Briaud (1997) chỉ ra rằng ít nhất 25 % (150.000) trong tổng số 600.000 cầu ở Mỹ bị ảnh hưởng bởi độ lún lệch đầu cầu. Chi phí để sửa chữa hiện tượng này 60 ÷ 187 triệu đô la với chi phí trung bình khoảng 100 triệu đôla/ 1 năm. Đầu tiên, người ta nghĩ rằng lún lệch đầu cầu là một vấn đề khá đơn giản có thể giải quyết được bằng việc cải tiến việc đầm chặt đất đắp sau mố. Tuy nghiên, sau đó nhiều nghiên cứu nhận thấy đây là một vấn đề phức tạp do sự tương tác giữa đất và kết cấu có nhiều biến đổi. Nghiên cứu đầu tiên đề cập đến độ lún lệch này được thực hiện tại Mỹ vào năm 1969. Nhưng gần 20 năm sau (1985), người ta chỉ ra rằng đây vẫn là một vấn đề chưa giải quyết được. Cho đến nay, rất nhiều nghiên cứu do Hiệp hội Đường bộ Mỹ tài trợ đã xác định được nguyên nhân của lún lệch đầu cầu, sau đây là 5 nhóm nguyên nhân chính bao gồm: - Mặt đường ở vị trí bản quá độ thi công kém. - Loại mố cầu và loại móng cầu. - Độ lún của nền đường. - Độ lún của nền đất bên dưới. - Thoát nước kém. Một loạt các nguyên nhân được tổng hợp chi tiết như Bảng 1.1.
5 Bảng 1.1 Nguyên nhân gây độ lún đường dẫn đầu cầu Nhóm Nguyên nhân Biến dạng của mặt đường mềm làm cho mặt A đường bị vỡ, bị hằn Mặt đường ở vị trí bản quá Phá hoại của mặt đường bê tông xi măng: nứt độ thi công kém B ngang, phá hoại tại vị trí liên kết C Vị trí không phù hợp với cấp đường A Đỉnh mố thi công kém Do tải trọng động của xe tác dụng vào mố cầu B gây chuyển vị ngang của mố cầu và tăng tải áp lực ngang của nền đất Loại mố cầu và móng cầu Chuyển vị thẳng đứng của móng (móng nông C và móng sâu) trong quan hệ với độ cứng của nền đường D Thiết kế mố cầu hay tường cánh không đúng. Quá trình đầm chặt nền đường không Thích hợp do không gian hạn chế, thiết bị thi công A không chuẩn, thiếu sự giám sát của nhà thầu, loại đất, hay chiều dày đầm chặt . Thể tích thay đổi của đất đắp do sự thay đổi Chuyển vị thẳng đứng và B nhiệt độ và thoát nước (đất sạc lở và trương chuyển vị ngang của đất đắp nở). Quá trình cố kết sau khi xây dựng của đất C dính do trọng lượng nền đường đắp, tải trọng xe cộ, và trọng lượng của lớp át phan. D Phá hoại của đất dưới chân của bản quá độ. Nền đất yếu bị ép ngang do ứng suất thẳng A đứng (tải trọng nền đường). Chuyển vị thẳng đứng và Lún cố kết (sơ cấp và thứ cấp) của lớp đất bụi, chuyển vị ngang của đất B sét, hữu cơ do ứng suất thẳng đứng. dưới nền đường Mất ổn định mái dốc do sức chịu tải của đất C nhỏ. Xói mòn của mái dốc tại vị trí mố cầu gây dịch chuyển cục bộ đất đắp sau và trước mố cầu. Đồng thời, làm cho các hạt mịn của các A Thoát nước kém lớp vật liệu thô bị mất đi dẫn đến dịch chuyển của đất đắp theo sự di chuyển thành phần hạt mịn. B Mất ổn định mái dốc tại mố cầu do mực nước
6 tĩnh tăng lên Các lớp thoát nước của bê tông mặt đường C kém dẫn đến gây phá hoại mặt đường bê tông và nứt ở mặt đường nhựa. D Gối sàn quá độ thi công kém. Hình 1.1 Sơ họa các nguyên nhân gây độ lún đường dẫn đầu cầu Trong đó: A, B, C, D là nguyên nhân cụ thể dẫn đến độ lún, được chỉ ra Đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu là hiện tượng phổ biến, không chỉ riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển. Điểm khác biệt là tại các công trình cầu ở Việt Nam độ lún lệch giữa cầu và đường có quy mô lớn hơn, thời điểm bắt đầu xảy ra hiện tượng lún lệch cũng sớm hơn.
7 1.2. Nguyên nhân gây ra độ lún lệch 1.2.1. Mặt đường ở vị trí bản quá độ thi công kém Chất lượng của lớp mặt đường trên bản quá độ ảnh hưởng bởi thiết kế cấp phối trộn, các nhân tố môi trường, chất lượng vật liệu và quá trình xây dựng. Chất lượng của lớp bê tông mặt đường không phải là nguyên nhân quan trọng nhất của độ lún lệch, tuy nhiên nó có thể ảnh hưởng đến độ lún tổng thể. Biến dạng của mặt đường mềm là do mặt đường mềm bị biến dạng dẻo theo thời gian và lớp át phan là một vật liệu biến dạng dẻo tùy thuộc vào nhiệt độ, tuổi thọ, thoát nước và lớp áo đường. Các độ lún này làm cho đường bị vỡ, bị hằn. 1.2.2. Loại mố cầu và loại móng chống đỡ Loại mố cầu và loại móng chống đỡ ảnh hưởng đến chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị ngang giữa mố cầu và lớp mặt đường tại bản quá độ. 1.2.2.1 Loại mố cầu Mố cầu có thể phân chia thành các loại mố như mố đóng, mố sơ khai và mố dạng tràn qua: - Mố dạng đóng là mố giữ lại toàn bộ chiều cao của nền đường giữa phần cầu và tĩnh không bên dưới. Mố dạng đóng được thi công trước khi thi công nền đường, chi phí thường đắt hơn so với các loại mố khác. - Mố dạng sơ khai hay mố dạng tràn qua là mố có một phần chiều cao giữ lại một phần của nền đường và có tứ nón. Mố sơ khai được xây dựng ngay sau khi xây dựng nền đường. Loại mố này sẽ rẻ hơn so với mố dạng đóng do áp lực đất theo phương ngang sau mố sẽ giảm đi. - Mố dạng tràn qua bao gồm các trụ kéo dài từ cầu đến móng tại phần phân tách. Một mái dốc được đặt vào từ đỉnh của nền đường qua các trụ đến đáy của nền đường. Mố dạng tràn qua được xây dựng từ khi xây dựng nền đường và có áp lực đất nhỏ hơn so với mố dạng đóng.
8 Các loại mố trên cũng có thể phân chia thành mố không liên tục, mố bán liên tục và mố liên tục: - Mố không liên tục có các khe co giãn giữa bản mặt cầu, mố và bản quá độ (nếu có). Khe co giãn cho phép cầu chuyển vị tương đối với mố. Cần phải duy trì sự làm việc của khe co giãn, tuy nhiên nếu có rác tích tụ vào khe co giãn thì cầu sẽ không được cho phép giãn. - Mố liên tục đối lập với mố không liên tục, bởi vì chúng không có khe co giãn. Bản mặt cầu, mố cầu, bản quá độ (nếu có) được liên kết chặt vào với nhau. Các mố này thường khá hiệu quả trong quá trình xây dựng và bảo dưỡng. Tuy nhiên, mố và cầu được liên kết với nhau, xảy ra hiện tượng dịch chuyển ngang của mố do sự thay đổi nhiệt độ gây ra. Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mùa đông và mùa hè dẫn đến kết quả sự co lại và giãn nở của bê tông có thể làm kết cấu bị phá hoại… - Mố bán liên tục là loại trung gian giữa 2 loại mố liên tục và mố không liên tục. 1.2.2.2 Loại móng chống đỡ cho cầu Loại móng chống đỡ cho mố cầu có thể phân chia ra làm móng nông và móng sâu. Móng nông bao gồm các loại móng bê tông được đặt trực tiếp lên trên đất hoặc đá. Phụ thuộc vào loại mố cầu, cao độ của móng có thể đặt trong nền đường đắp (mố sơ khai) hoặc trên nền đất, đá (móng dạng đóng và dạng tràn qua). Tải trọng, mô men từ mố và từ cầu được truyền và phân bố qua móng nông. Áp lực đáy móng phải được kiểm soát với sức chịu tải của nền đất bên dưới. Nếu sức kháng cắt của đất và đá nhỏ hơn thì sự phá hoại cắt làm phá hoại đột ngột. Nếu áp lực đáy móng nhỏ hơn sức chịu tải cho phép, phá hoại đột ngột không xảy ra, tuy nhiên, có thể có độ lún. Độ lún của lớp đất bên dưới được dự tính và sau đó so sánh với chuyển vị tương đối của mố được phép xảy ra trước khi cầu bị phá hoại. Độ lún gồm 3 loại, lún tức thời, lún cố kết sơ cấp và lún cố kết thứ cấp. 1.2.3. Do đất đắp Để giảm thiểu giá thành thi công, các nhà thầu thường sử dụng những vật liệu ở gần công trình nền đường đắp đầu cầu. Nhưng khi chất lượng vật liệu (như là đất