TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 443
ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN
ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU NHẰM GIẢM LÚN LỆCH VỚI MỐ TRỤ CẦU
THE USE OF SOIL-CEMENT ABUTMENT PILES TO MITIGATE THE
DIFFERENTIAL SETTLEMENT BETWEEN THE LEADING TRACK AND
BRIDGE DECK
PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Thị Tú Uyên
Trường Đại học Bách Khoa –TP.HCM
TÓM TẮT
Việc lựa chọn giải pháp nào để gia cố nền đường cũng như hạn chế sự lún lệch
giữa hai nền đường là hết sức quan trọng trong công tác thiết kế, giải pháp trụ đất
xi măng được áp dụng gia cố nền đường trên nền đất yếu ở khu vực Đồng bằng
sông Cửu Long đã đạt được hiệu quả cao. Đề tài sử dụng phần mềm Plaxis 2D
version 8.5 để mô phỏng và tính toán. Kết quả ước lượng độ lún theo phương
pháp giải và theo phương pháp phần tử hữu hạn cho giá trị gần bằng nhau và độ
chênh lệch lún giữa đường dẫn và mố cầu khi sử dụng hai phương pháp này là
không đáng kể, có thể ứng dụng thực tế để xử lý các công trình tương tự trong
khu vực thành phố Cần Thơ.
ABSTRACT
The choice of the solutions to improve road embankment as well as limited
settlement deviation between two road embankments is very important in the
design, The solutions of soil-cement abutment are applied to improve road
embankment on soft ground in the Mekong Delta has got highly effective. This
topic used Plaxis 2D version 8.5 software to simulate and calculate. The results
showed that the use of soil-cement abutments piles in mitigating track degradation
was markedly viable since the differential settlement between the track and bridge
deck was comparatively insignificant. The present findings of the study have also
made a meaningful contribution to the approach of similar issues of infrastructure
constructions within the region and other areas.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Lún lệch là hiện tượng khá phổ biến trong các công trình xây dựng dân dụng và
công nghiệp; công trình giao thông; công trình thủy lợi; Công trình hạ tầng kỹ thuật,..
Nó làm hư hỏng công trình, gây thiệt hại về tài sản, thậm chí còn có khi ảnh hưởng đến
tính mạng con người. Trong đó, hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu khá
được quan tâm. Có nhiều công trình vừa bàn giao đưa vào sử dụng thì đã xảy ra hiện
tượng lún lệch. Hiện tượng trên gây ảnh hưởng đến vấn đề an toàn cho người lái xe khi
đi qua vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu.
Có rất nhiều tác giả trong và ngoài nước đã nghiên cứu về vấn đề này, đã đưa ra
nhiều giải pháp để khắc phục hiện tượng lún không đều giữa mố cầu và đường dẫn vào
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
444 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
cầu. Tuy nhiên trong thực tế hiện tượng trên vẫn chưa được giải quyết một cách triệt để.
Vì vậy, với mục đích đề ra phương pháp xử lý vấn đề lún lệch giữa đường dẫn vào cầu
và mố cầu. Việc “Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào
cầu nhằm giảm lún lệch với mố trụ cầu” để xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu là hết sức
cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến độ lún lệch của nền
đường dẫn đã được gia cố bằng trụ đất xi măng đó đưa ra được các lựa chọn thích hợp
để thiết kế và ước lượng độ lún của nền đường dẫn.
Nghiên cứu thực nghiệm: Chế bị mẫu thử và thử nghiệm tìm ra kết quả tối ưu
hàm lượng đất – xi măng theo độ ẩm và thời gian. Phân tích và đánh giá kết quả thử
nghiệm đồng thời ứng dụng kết quả vào tính toán sức chịu tải của trụ đất xi măng và độ
lún nền đường dẫn thực tế ở địa phương.
Nghiên cứu mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng tính toán công
trình cụ thể.
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng
Nhìn chung, các quy trình tính toán độ lún của Trung Quốc, Châu Âu, AIT, Việt
Nam đều phân độ lún của nền thành 2 phần: độ lún cục bộ của khối được gia cố (Δh1)
và độ lún của đất không ổn định nằm dưới khối gia cố (Δh2). Có 2 trường hợp xảy ra:
Trường hợp A: tải trọng tác dụng tương đối nhỏ và trụ chưa bị rão.
Trường hợp B: tải trọng tương đối cao và tải trọng dọc trục tương ứng với giới
hạn rão của trụ.
* Trường hợp A
Độ lún cục bộ phần trụ đất xi măng Δh1 được xác định theo giả thiết độ tăng ứng
suất q không đổi suốt chiều cao khối và tải trọng trong khối không giảm:
1
.
.(1)
col soil
hq
haE a E
Δ
Δ= +−
∑ (1)
Độ lún của lớp đất yếu bên dưới đáy khối gia cố được tính toán theo phương
pháp cộng lớp phân tố với công thức sau: (trường hợp tổng quát)
∑
=⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛Δ+
+
+
=Δ n
ip
vvo
i
c
vo
p
i
r
i
o
iCC
e
h
h
1'
''
'
'
2lglg
)1(
σ
σσ
σ
σ
(2)
Trong đó:
hi - bề dày lớp đất tính lún thứ i.
eoi - hệ số rỗng của lớp đất I ở trạng thái tự nhiên ban đầu.
Cri - chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 445
Cci - chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún.
σ’vo - ứng suất nén thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm
trên lớp i.
Δσ’v - gia tăng ứng suất thẳng đứng.
σ’p - ứng suất tiền cố kết.
Tỷ số giảm lún β là tỷ số giữa độ lún tổng cộng ở dưới đáy khối đã được gia cố
với độ lún khi không có trụ đất xi măng và được tính theo quan hệ sau:
soilsoil
soil
EaaE
E
)1( −+
=
β
(3)
Hình 1. Mô hình tính lún trường hợp A
* Trường hợp B
Trong trường hợp này, tải trọng tác dụng quá lớn nên tải trọng dọc trục tương
ứng với giới hạn rão. Tải trọng tác dụng được chia ra làm 2 phần, phần q1 truyền cho trụ
và q2 truyền cho đất xung quanh. Phần q1 được quyết định bởi tải trọng rão của trụ và
tính theo biểu thức: LB
An
qcreepcol
.
..
1
σ
= (4)
Giá trị q1 có thể được xác định gần đúng như sau: 2
1
.
c
A
qcreepcol
σ
= , với c là
khoảng cách trụ.
Độ lún cục bộ phần trụ tính theo biểu thức: ∑
Δ
=Δ
col
aM
qh
h1
1
. (5)
Độ lún Δh2 dưới đáy khối gia cố được tính cho cả q1 và q2 , với giả thiết tải trọng
q1 truyền xuống dưới đáy khối gia cố, tải trọng q2 tác động lên mặt.
Tải trọng đơn vị q
ĐẤT SÉT
YÊU Cọc đất xi măng
SÉT
Δh =
Δ
h1 + Δh2
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
446 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
Hình 2. Mô hình tính lún trường hợp B
2.2. Cơ sở lý thuyết xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu nhằm giảm lún lệch
với mố trụ cầu bằng trụ đất xi măng
Hình 3. Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu được xử lý bằng trụ đất xi măng
2.2.1. Độ lún của mố cầu
Do mố cầu xây dựng trên nền đất yếu thường xử lý bằng móng trụ để độ lún ổn
định của mố cầu phải có giá trị nhỏ hơn bằng 8 cm và được tính toán cụ thể theo
TCVN 10304-2014 về ước lượng độ lún của móng trụ.
a) Xác định kích thước khối móng quy ước
Với ϕII,mt =( ∑ϕIIi.li )/ ∑li
ϕi – góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày li
Ltb – độ sâu hạ trụ trong đất kể từ đáy đài Ltb =∑li
Tải trọng đáy móng qui ước
Móng khối qui ước
SÉTSÉT
Cọc đất xi măng
ĐẤT
SÉT
YẾU
b) Tải trọng truyền cho đất a) Tải trọng truyền cho cọc
Tải trọng truyền lên cọc q1 Tải trọng truyền cho đất q2 q2 = q – q1
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 447
Hình 4. Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp
b) Kiểm tra ổn định nền dưới đáy khối móng quy ước
tc
tc II
tb qu
qu
N
PR
A
=≤
∑ (6)
1, 2
tc
tc II
max tb qu
qu
M
PP R
W
=+ ≤
∑
(7)
min 0
tc
tc
tb
qu
M
PPW
=− >
∑
(6) (8)
tc
tb
P- áp lực trung bình tiêu chuẩn dưới đáy móng khối quy ước.
ax
tc
m
P- áp lực lớn nhất dưới móng khối quy ước.
min
tc
P- áp lực nhỏ nhất dưới đáy móng khối quy ước.
tc
N
∑- tổng lực dọc tại tâm đáy móng khối quy ước.
tc
∑- tổng moment ở đáy móng khối quy ước lấy bằng
M
∑
tại tâm đáy đài.
Wqu: moment chống uốn của tiết diện móng khối quy ước.
Lqu, Bqu: chiều dài và chiều rộng của móng khối quy ước.
RIIqu: sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng khối quy ước.