Phân tích và lựa chọn giải pháp xử lý tình trạng lún nền đường đắp cao trên nền đất yếu sau mố

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

đất yếu sau mố” là vấn đề cần quan tâm, xem xét cẩn thận để mang lại hiệu
quả tối đa trong quá trình đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng.
Hiện tại ở Việt Nam có một số biện pháp được dùng để xử lý nền
đường đắp cao sau mố đắp trên đất yếu như sau:
2


a. Phương pháp thay đất (dùng khi bề dày lớp đất yếu mỏng);
b. Phương pháp tăng nhanh quá trình cố kết của đất yếu bằng các dòng
thấm thẳng đứng. Đối với phương pháp này, người ta thường sử dụng bấc
thấm hoặc giếng cát. Bấc thấm dùng vật liệu thấm nhân tạo (PVD) còn giếng
cát thường dùng các cọc có đường kính D = 20÷40 cm;
c. Phương pháp cọc đất gia cố xi măng - thi công các cọc đất được gia
cố xi măng bằng công nghệ trộn sâu trong đất;
d. Phương án bù lún và chờ lún cố kết: Với phương án này, nền đường
sau mố được xử lý sơ bộ và cho phép lún với tốc độ chậm trong một thời gian
khai thác nhất định. Sau khi nền đường đạt cố kết sẽ được thi công lại hoàn
thiện.
Mỗi biện pháp đều đạt một hiệu quả nhất định, tùy theo điều kiện địa
chất cụ thể và kinh phí đầu tư mà đề ra phương án phù hợp, trong nhiều
trường hợp có thể kết hợp hai phương án để tăng hiệu quả xử lý. Tuy nhiên,
tại vùng đồng bằng sông Cửu Long, vấn đề xử lý trên gặp rất nhiều khó khăn
do lớp đất yếu quá dày. Do vậy trong các công trình đường cấp cao, nền
đường sau mố thường phải áp dụng biện pháp chờ lún kết hợp với các biện
pháp khác (bấc thấm, cọc cát,…). Hiện nay, một số công trình đang áp dụng
biện pháp nền đường đắp trên sàn giảm tải. Đây là biện pháp mang lại hiệu
quả xử lý rất cao. Tuy nhiên biện pháp này giá thành khá lớn.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài “Phân tích và lựa chọn giải pháp xử lý tình trạng lún nền đường
đắp cao trên nền đất yếu sau mố” mong muốn đi sâu vào nghiên cứu, tìm

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:

- Tóm tắt luận văn: Nêu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
của đề tài.
- Chương I. Tổng quan về nền đất yếu.
Đánh giá sơ bộ về địa chất công trình vùng đất yếu, các vùng đất yếu
tại Việt Nam; khả năng chịu tải của nền đất yếu.
- Chương II. Phân tích nguyên nhân gây ra sự cố lún nền đường
đắp sau mố.
+ Nêu các nghiên cứu về hiện tượng lún nền đường đắp trên thế giới;
nghiên cứu của Briaud (1997); nghiên cứu của Wahls (1990); nghiên cứu của
David Allen và Tommy Hopkins; các nghiên cứu khác
+ Phân tích, đánh giá và phân loại các nhóm nguyên nhân gây lún của
nền đường sau mố đắp trên nền đất yếu.
- Chương III. Các phương pháp xử lý nền đường sau mố đắp trên
đất yếu.
4


+ Trình bày một cách tổng quát ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng
các biện pháp gia cố nền đất thường được sử dụng trong thiết kế nền đường ô
tô đắp trên nền đất yếu như: phương pháp thay đất, đệm cát; phương pháp gia
cố bằng cọc (cọc cát, cọc vôi, cọc xi măng, cọc hổn hơp); phương pháp gia tải
trước kết hợp với các đường thấm thẳng đứng như giếng cát và bấc thấm;
phương pháp cố kết chân không; phương pháp sàn giảm tải.
+ Giới thiệu sơ bộ về phương pháp cọc BTCT kết hợp vải địa kỹ thuật.
+ Nhận xét và tổng hợp các phương pháp.
- Chương IV. Phương pháp cọc BTCT kết hợp vải địa kỹ thuật
Đi sâu vào nghiên cứu, giới thiệu phương pháp cọc BTCT kết hợp vải
địa kỹ thuật, dựa trên các kết quả nghiên cứu trong các tài liệu nước ngoài.
+ Giới thiệu về cơ sở lý thuyết của phương pháp
+ Ứng dụng cho bài toán cụ thể: Tính toán đường đầu cầu sau mố, cầu

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.

Theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu
22TCN-262-2000 thì theo nguyên nhân hình thành đất yếu có thể có nguồn
gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ.
- Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong
nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, vùng đồng bằng tam giác châu thổ; loại
này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích nên có thể có màu đen, xám
đen. 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 độ ẩm giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét
e>=1,5, á sét e>1), lực dính c theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15
daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát ϕ từ 0 – 10o hoặc lực dính kết theo kết quả
cắt cánh hiện trường Cu≤ 0,35 daN/cm2. Ngoài ra các vùng thung lũng còn
hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e>1 và độ bão
hoà Sr >0,8).
- Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành ở đầm lầy, nơi nước tích
đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển,
6


thối rữa và phân huỷ, 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 tới
20-80%, thường có màu đen nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư
thực vật). Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc
trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như ở trên.
I.1.2. Một số đặc điểm của đất yếu
- Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ;
- Sức chịu tải bé (0,5 – 1kG/cm2);
- Đất có tính nén lún lớn (a> 0,1 cm2/kG);
- Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0);
- Độ sệt lớn ( B > 1);
- Mo đun biến dạng bé (E< 50kG/cm2);

- 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 (<200μm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt
chịu lực;
- Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do
kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 –
80%);
- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt
hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang
trạng thái chảy gọi là cát chảy.
- Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng
khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập.
I.1.4. Các vùng đất yếu tại Việt Nam
7


Đặc điểm địa lý của Việt Nam là có nhiều sông ngòi và bờ biển trải dài
dọc suốt theo chiều dài của đất nước. Theo các số liệu thống kê cho thấy Việt
Nam 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
vùng đồng bằng sông Cửu Long đặc biệt yếu, có chiều dày 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 suốt chiều dài đất nước. Vì

thế có nhiều công trình giao thông cấp quốc gia (như Quốc lộ 1A, đường Hồ
Chí Minh, đường sắt quốc gia….) và các công trình đường tỉnh, liên tỉnh được
xây dựng tại vùng này.
I.2. Khả năng chịu tải của các tầng đất yếu
I.2.1. Các yêu cầu khi tính toán sức chịu tải của nền đất yếu
Nói chung đất yếu là những tầng lớp đất có khả năng chịu lực kém. Khi
sức chịu tải của nền đất yếu không đảm bảo để đắp nền đường, biến dạng của
nền đất lớn hoặc biến dạng kéo dài, do đó cần phải có biện pháp đặc biệt để
xử lý tăng sự ổn định của nền đất, giảm độ lún hoặc tăng nhanh thời gian lún
của nền đất để thi công kết cấu mặt đường. Đối với nền đường đầu cầu
thường có chiều cao đắp lớn, công tác xử lý, sửa chữa khi có sự cố thường
gặp khó khăn. Do vậy cần tính toán đảm bảo để tránh xảy ra những sự cố
ngoài mong muốn.
Về cơ bản nền đường được xem như một móng băng (có một chiều lớn
hơn rất nhiều lần so với chiều còn lại) có kích thước lớn được đặt trực tiếp lên
nền đất. Vì vậy khi đắp nền đường trực tiếp lên nền đất người ta thường phải
có biện pháp xử lý dựa vào các yêu cầu sau:
+ Đảm bảo yêu cầu về ổn định: Nền đắp phải đảm bảo ổn định, không
bị phá hoại do trượt trồi trong quá trình thi công đắp cũng như trong quá trình
khai thác sử dụng
8


+ Đảm bảo yêu cầu về tính toán lún: Phải dự báo được độ lún tổng
cộng S kể từ khi bắt đầu đắp cho đến khi lún hết hoàn toàn.
I.2.2. Khả năng chịu tải của các tầng đất yếu
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và có
biến dạng lớn, do vậy khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường,
thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc
điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng

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

hữu hiệu để giảm thiểu sự cố lún nền đường đắp sau mố. Nói chung tất cả các
nghiên cứu này đều cho rằng sự cố lún nền đường đắp sau mố là sự cố rất
phức tạp và cần được lưu tâm.
II.1.1. Nghiên cứu của Briaud.
Theo Briaud (1997) những nguyên nhân điển hình sau là những nguyên
nhân dẫn đến lún khu vực sau mố. Cụ thể được minh họa ở Hình 2.1
- Vật liệu đắp nền đường không thích hợp (1).
- Không dự đoán được mức độ lún cố kết của lớp đất yếu dưới nền đắp (2)
- Hệ thống thoát nước mố cầu kém hiệu quả dẫn đến hiện tượng xói đất
đắp sau mố và phát triển lỗ rỗng dưới bản dẫn sau mố cầu (3).
- Khe co giãn và gối cầu bị hư hỏng làm cho mố bị dịch chuyển theo sự
dịch chuyển của kết cấu dầm cầu (4).
- Ngoài ra, một số yếu tố thứ yếu khác cũng dẫn đến sự cố lún nền
10


đường đắp sau mố cầu bao gồm:
+ Nền đắp cao
+ Lưu lượng xe lưu thông lớn
+ Khu vực có cường độ mưa lớn
+ Độ dốc đường đầu cầu lớn…

Hình 2.1: Nguyên nhân gây sự cố lún nền đường đắp sau mố theo nghiên
cứu của Briaud
Nghiên cứu của Briaud cũng khuyến cáo rằng có thể phòng tránh hiện
tượng này nếu các giải pháp sau đây được xem xét đến trong quá trình thiết kế
và thi công:
- Thiết kế tấm bản dẫn hợp lý.
- Đất đắp sau mố đầm đủ độ chặt.
- Đắp bằng vật liệu thích hợp (để cải thiện cường độ và chống lại sự xói

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

cũng đề xuất sự bắt buộc phải sử dụng thiết bị theo dõi độ dốc nghiêng của
nền đường.
- Năm 1985, David Allen và Tommy Hopkins tiếp tục nghiên cứu về
hiện tượng nghiêng và biến dạng của mố trụ trong giai đoạn thi công đường
12


đắp khu vực gần cầu. Nghiên cứu của Allen bước đầu thu thập các số liệu
được đo trực tiếp từ các thiết bị đo áp lực đất và theo dõi sự phát triển hệ số
an toàn tại vị trí đo.
- Năm 1988, David Allen và Tommy Hopkins công bố báo cáo về
nguyên nhân gây ra sự lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa mố cầu và đường.
Nghiên cứu được tiến hành dựa trên phân tích đối với 6 đoạn đường đầu cầu ở
Kentucky theo phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình lý thuyết gần
đúng để dự đoán mức độ lún của mặt đường khu vực gần cầu. Đặc biệt báo
cáo này đã lưu ý đến sự chuyển vị ngang và lún của khối tứ nón khu vực
tiếp giáp mố cầu.
II.1.4. Các nghiên cứu khác
Tadros và Benak (1989) cho rằng nguyên nhân gây ra lún nền đường
sau mố có liên quan trực tiếp đến lực ngang tác dụng vào mố xuất hiện bởi áp
lực của đất hoặc sự giãn nở của kết cấu mặt đường theo chiều dọc. James
(1995) khuyến cáo rằng sự giãn nở kết cấu mặt đường theo chiều dọc phát
sinh lực đẩy ngang và ảnh hưởng mạnh đến sự bằng phẳng khu vực tiếp giáp
giữa nền đường và mố cầu. Theo Schaefer và Koch (1992) sự phát triển lỗ
rỗng bên dưới bản quá độ cũng là nguyên nhân dẫn đến lún khu vực đường
đắp sau mố. Lỗ rỗng được hình thành và phát triển là do ảnh hưởng của sự
chuyển dịch mố hoặc là do sự xói mòn vật liệu đắp nền đường. Theo kinh
nghiệm, nền đường đắp càng cao thì mức chênh cao độ tại điểm tiếp giáp giữa
mố cầu và đường đắp càng lớn. Schaefer và Koch (1992) đã đưa ra những
kiến nghị cụ thể nhằm giảm thiểu sự hình thành lún lệch tại vị trí “nhạy cảm”

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

lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển.
II.2.1.3. Nguyên nhân đặc tính sinh hóa:
Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố.
Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trong
thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất
đã được gia cố trở nên yếu đi. Đây là một vấn đề tương đối khó khăn đối với
các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủy
tinh…
14


II.2.1.4. Các vấn đề đánh giá nguyên nhân gây lún
- Móng của đường bộ, đường sắt, nhà cửa và các dạng công trình khác
đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết:
+ Độ lún: Nền đất yếu có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn.
+ Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định
mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán trên
phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn.
+ Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác
động của áp lực nước.
+ Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hoả, ô tô và động
đất.
- Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang
được quan tâm:
+ Xây dựng công trình đường giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công
trình cơ sở trên nền đất yếu
+ Xử lý và gia cường nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác
và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu.
+ Xử lý trượt mái ta luy nền đường.
+ Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu

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

yếu là bùn sét hoặc bùn á sét có trạng thái từ dẻo đến dẻo chảy. Ngoài ra ở
đồng bằng Nam Bộ còn gặp các loại đất lầy, đất mặn, sú vẹt ở rừng ngập mặn.
Đối với các loại đất này mức độ đồng nhất thường không cao, khả năng chịu
tải kém, khả năng biến dạng lớn, hệ số rỗng cao, sức chống cắt nhỏ nên để
nền đắp trên nền đất yếu ổn định nhất thiết phải có các biện pháp xử lý thích
hợp. Tuy nhiên, các phương án xử lý mà đơn vị thiết kế đưa ra đều không đạt
được mục đích. Ví dụ như cầu vượt Nguyễn Hữu Cảnh sử dụng bấc thấm để
tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất yếu nhưng lại không khống chế được tốc
độ lún nên ngay những ngày đầu đưa vào sử dụng, đường đắp ở hai đầu cầu
đã xuất hiện hiện tượng lún với tốc độ 3 - 4 cm trong 6 tháng và hiện nay vẫn
16


tiếp tục lún. Hoặc trường hợp cầu Đồng Niên sử dụng bấc thấm sâu 17 - 19 m
nhằm tăng nhanh tốc độ lún. Nhưng sau khi công trình đưa vào khai thác thì
độ lún thực tế (2,5 – 3,3 m tính đến tháng 4/1998) lớn hơn độ lún tổng cộng
dự kiến (1,7 m) và như vậy không đạt được mục tiêu đề ra.
- Sử dụng vật liệu đất đắp đầu cầu không thích hợp
Sụt lún nền đường đắp sau mố không chỉ do đất nền thiên nhiên khu vực
xây dựng lún mà còn do bản thân nền đắp đường đắp bị lún. Quá trình phân
tích các công trình cầu bị sự cố nhận thấy rất nhiều công trình cầu đường ở Việt
nam thường tận dụng vật liệu địa phương để xây dựng nền đường đắp khu vực
tiếp giáp với mố cầu. Rõ ràng, xét về mặt kỹ thuật và tuổi thọ thì không thể
đem lại hiệu quả cao bằng các vật liệu chọn lọc. Thiếu sót này xuất phát từ bản
thân đồ án thiết kế không có các quy định rõ ràng về loại cấp phối được sử
dụng trong đoạn đường đầu cầu hoặc các yêu cầu đặc biệt về tần xuất và vị trí
kiểm tra độ chặt khu vực đường đầu cầu. Đây là nguyên nhân có thể bắt gặp ở
một số cầu nhỏ trên đường cao tốc Láng – Hòa lạc, Pháp Vân – Cầu Giẽ.
- Thiết kế bản dẫn đầu cầu không hiệu quả
Để giảm tối đa sự chênh lệch giữa hai vùng cầu và đường người ta

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.

- Độ chặt của đất đắp trong lòng mố không đạt yêu cầu
Do khu vực đất đắp trong lòng mố chật hẹp nên các đơn vị thi công
thường không sử dụng các thiết bị lu dẫn đến độ chặt đất đắp nền đường
không cao, kéo theo bản thân của phần đất đắp khu vực này vẫn tiếp tục lún
trong quá trình khai thác tạo ra sự không bằng phẳng tại điểm tiếp giáp giữa
cầu và đường. Có thể bắt gặp nguyên nhân này ở các công trình cầu trên
đường cao tốc Láng – Hòa Lạc: cầu Kênh T24, cầu kênh Liên tỉnh…

18


Hình 2.2. Lỗ thủng to kéo theo vết nứt phía Q. Bình Thạnh
(Cầu Văn thánh 2)

Hình 2.3. Cầu kênh T24, Dự án Láng – Hòa lạc
II.2.2.4. Nguyên nhân liên quan đến giai đoạn vận hành, bảo trì
Ở một vài cầu nhỏ trên tuyến đường Cầu giẽ - Ninh Bình thấy xuất hiện
hiện tượng các ống thoát nước sau mố cầu bị nứt vỡ nhưng không được sửa
chữa kịp thời làm nước không thoát được gây nên tình trạng sói mòn, xúi mùn
đất đắp trong lòng mố và kết quả làm lún sụt đường đắp sau mố đối với các
19


cầu không có bản dẫn. Trong trường hợp cầu có thiết kế bản dẫn sẽ làm xuất
hiện lỗ hổng lớn giữa bản dẫn và đất đắp cũng là tiền đề cho sự sụt lún nền
đường đắp trong tương lai.
II.2.2.5. Thống kê các nguyên nhân gây ra sự cố theo các giai đoạn dự án
GIAI ĐOẠN
Điều tra
khảo sát

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

hưởng
CÔNG
TRÌNH

NGUYÊN NHÂN

Đường đắp

Lún sụt nền đắp trên đất yếu
Lún kéo dài nền đắp trên đất yếu
Xói mòn đất đắp mố cầu
Lún bản thân nền đắp sau mố do đất đắp sau mố cầu không
đủ độ chặt

Mố cầu

Lún cố kết của đường đắp sau mố cầu gây ma sát âm lên hệ
cọc mố kéo theo sự dịch chuyển của mố cầu

20


Trượt ngang của đường đắp sau mố cầu gây lực xệ ngang
lên cọc mố kéo theo sự dịch chuyển của mố cầu
Bản quá độ

Thiết kế bản quá độ không đạt hiệu quả dẫn đến hư hỏng
trong quá trình khai thác

Khe co giãn

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).

+ Kích thước của nền đắp và chiều sâu chôn giảm vì khi đó áp lực
truyền lên lớp đệp cát tăng lên.
+ Thi công đơn giản không đòi hỏi các máy móc thiết bị nhiều.
Lớp đệm cát này có nhiều tác dụng đặc biệt là làm tăng độ ổn định của nền
đắp và giảm độ lún, tăng nhanh độ cố kết nên thường được áp dụng hiệu quả
trong nước ta.
Tuy nhiên việc thay đất bằng đệm cát cũng có những hạn chế như khi có mực
nước ngầm cao thì việc hạ mực nước ngầm hết sức tốn kém. Khi chiều dày

22


của tầng đất yếu lớn hơn 3m thì biện pháp này thường không có hiệu quả về
mặt kinh tế.
III.1.2. Thiết kế đệm cát
Việc tính toán thiết kế lớp đệm cát bao gồm việc xác định kích thước
lớp đệm cát, độ lún của nền đường đắp trên đó và vật liệu làm đệm cát. Khi
tính toán thiết kế lớp đệm cát yêu cầu phải đảm bảo các điều kiện sau đây:
+ Dưới tác dụng của tải trọng công trình lớp đệm cát phải đảm bảo ổn
định;
+ Áp lực truyền lên mặt của lớp đất dưới đáy lớp đệm cát phải đảm bảo
nhỏ hơn sức chịu tải của lớp đó;
+ Đảm bảo điều kiện độ lún của lớp cát cũng như độ lún toàn bộ công
trình;

Hình 3.1: Sơ đồ lớp đệm cát
III.1.3. Thi công lớp đệm cát
Chất lượng đệm cát phụ thuộc vào chất lượng thi công đệm cát. Đệm
cát được đánh giá theo chỉ tiêu độ chặt của đệm cát. Để đánh giá độ chặt của
lớp cát đệm có thể dùng hệ chỉ tiêu hệ số rỗng (e) hoặc chỉ số độ chặt tương

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

nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài.
+ Cát dùng là loại vật liệu rẻ tiền, thi công đơn giản, không đòi hỏi
nhiều về máy móc thiết bị phức tạp.
24


b. Phạm vi áp dụng

Cọc cát thường không được áp dụng trong các trường hợp sau đây:
+ Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt đất. Khi hệ số rỗng
đất nén chặt e>1.
+ Chiều dày lớp đất cần lèn chặt nhỏ hơn 2m.
III.2.1.2. Tính toán và thiết kế cọc cát
a- Xác định hệ số rỗng thiết kế
Cọc cát có nhiệm vụ giúp cho đất được cải tạo giảm bớt độ rỗng hay
giảm bớt hệ số rỗng, vì vậy vấn đề đặt ra là phải quyết định giảm hệ số rỗng
đến giá trị nào đó có thể, điều này thể hiện tính khả thi của phương pháp này.
Khi đóng cọc cát đất bị nén chặt lại. Nếu gọi hệ số rỗng tự nhiên ban
đầu của lớp đất yếu là e0, etk là hệ số rỗng của đất sau khi đã gia cố cọc cát.
Như vậy hệ số rỗng giảm là.

•

Đất có tính chất cát

Với đất cát người ta đánh giá độ chặt qua độ chặt tương đối I D. Độ chặt
tương đối thường được lấy ID=0,7-:-0,8. Từ đó ta có thể xác định được hệ số
rỗng etk theo công thức sau đây.

Trong đó:

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