luận văn thạc sĩ kỹ thuật

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP THI CÔNG
VÀ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG THI CÔNG
NỀN ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT
YẾU ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN PHÁT TRIỂN GIAO
THÔNG ĐÔ THỊ HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT


2
HÀ NỘI - 2017BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁPTHI CÔNG
VÀ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNGTHI CÔNG
NỀN ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦUĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT
YẾU ÁP DỤNG CHO DỰ ÁNPHÁT TRIỂN GIAO
THÔNG ĐÔ THỊ HẢI PHÒNG

Chuyên ngành : Xây dựng đường ô tô và đường Thành phố

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


3
LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường ……tôi đã hoàn thành
luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật. Để hoàn thành được luận văn này tôi
đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đếnPGS.TS. Trần Thị Kim Đăng
đã hướng dẫn, dạy bảo, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình
làm luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong Trường đã trang bị
cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua.
Tuy nhiên, trong khuôn khổ thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, đề
tài không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp quý báu của các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học cùng bạn bè
đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngàytháng năm 2017


4

MỤC LỤC


5
DANH MỤC BẢNG BIỂU


6
DANH MỤC HÌNH VẼ

7
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, lún nền đường dẫn đầu cầu là hiện tượng khá phổ biến không
những ở Việt Nam mà ngay cả các nước phát triển trên thế giới như Nhật
Bản, Trung Quốc, CHLB Đức và Cộng hòa Pháp …Lún nền đường đầu cầu
dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường và mố
cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc tuyến đường, thậm chí tạo thành những
hố (rãnh) lún sâu sát mố cầu. Hiện tượng này làm giảm năng lực thông hành,
gây hỏng hóc phương tiện, hàng hóa, phát sinh tải trọng xung kích phụ thêm
lên mố cầu hoặc cống, tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng, gây cảm giác
khó chịu cho người tham gia giao thông và làm mất ATGT.
Nền đường dẫn và nền đường đầu cầu có đặc điểm đặc trưng thường là
nền đắp cao; diện tích thi công hẹp, khó triển khai các loại máy lu lớn để đầm
nén; thi công nền đường sau khi cầu đã làm xong nên thời gian ổn định ngắn;
nền mặt đường là kết cấu mềm, trong quá trình sử dụng dễ biến dạng và lún,
trong khi đó kết cấu cầu có độ cứng rất lớn, ít biến dạng, ít lún hoặc không
lún. Do đó nó gây ra hiện tượng lún nền đường dẫn và nền đường đầu cầu cụ
thể như: Lún nền đất tự nhiên; Lún do chính bản thân nền đắp; Lún do sự khó
khăn trong đầm nén đất đắp sát mố và tường cánh dẫn đến hậu quả sau một
vài năm khai thác đã xuất hiện sự chênh cao giữa mặt đường và bản quá độ
của công trình cầu… Một trong số những nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện
tượng lún này là do nền đường đầu cầu không được xử lý đạt yêu cầu về độ
chặt. Điều này cũng đễ hiểu vì đường đầu cầu thường là những đoạn nằm trên
mép sông suối có đất nền yếu.
Các giải pháp thi công để nâng cao chất lượng nền đường dẫn đầu cầu
đắp trên nền đất yếu được đưa ra nghiên cứu bàn luận đã không còn là mới
mẻ đối với Việt Nam chúng ta và các nước trên thế giới. Các giải pháp thi
công chủ yếu hay sử dụng là:
- Phương pháp thay đất (dùng khi bề dày lớp đất yếu mỏng)

8
- Phương pháp tăng nhanh quá tình 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 còn cọc dùng các
cọc đường kính D = 20-40 cm.
- 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.
- Phương án bù 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 điều kiền địa chất cụ
thể mà đề ra từng 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 nền quá yếu và
chiều dày quá lớn. 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 có giá thành cao. Để áp dụng phương pháp này
cần phải tính toán chi tiết để đưa ra môn hình kết cấu tối ưu nhất.
Sàn giảm tải có cấu tạo như sau:
-

Hệ cọc bê tông cốt thép
Tấm sàn giảm tải nằm trên hệ cọc
Công nghệ thi công hệ sàn có thể được tóm tắt như sau:

-

Đóng hệ cọc BTCT đến độ cao thiết kế;
Đập đầu cọc;
Thi công phần tấm sàn;
Đắp đất nền đường trên hệ sàn;
Việc lựa chọn giải pháp xử lý thích hợp dựa trên cơ sở đảm bảo độ lún
tổng cộng của nền đất dưới tác dụng của tải trọng đất đắp không vượt quá độ
lún cho phép.


9
Về vật liệu đắp và công tác đầm nén sau mố cầu: Trong đoạn quá độ
phải dùng loại vật liệu đắp có cường độ cao, dễ đầm nén chặt và có tính thoát
nước tốt. Các loại đất kém thoát nước thì phải gia cố 8-12% vôi bột sống hoặc
gia cố 5% xi măng. Bề dày lớp đầm nén phải phù hợp với công cụ đầm nén;
Cố gắng dùng công cụ lớn hoặc đầm chấn động nhỏ đầm nén phần đất đắp
sau mố.
Giải pháp thi công và quản lý chất lượng nền đường đầu cầu đắp trên
nền đất yếu được đề cập đến trong Luận văn sẽ được tập trung vào những giải
pháp xử lý hiện tượng lún, cải thiện nền đất yếu nền đường đắp đầu cầu.
Hiện nay chưa có tiêu chuẩn ngành quy định các bước tính toán cọc cát
đầm chặt dùng để gia cố nền đất yếu. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu các giải
pháp thi công và quản lý chất lượng thi công nền đường dẫn đầu cầu đắp
trên nền đất yếu áp dụng cho dự án phát triển giao thông đô thị Hải Phòng
” mong muốn đề cập cụ thể hơn đến công nghệ thi công cũng như các bước
tính toán, thiết kế cọc cát đầm chặt để phương pháp có thể áp dụng rộng rãi
hơn ở Việt Nam.
2. Phương pháp nghiên cứu
•
•

•

•

Đề xuất các phương án xử lý, lựa chọn phương án phù hợp với đối tượng
nghiên cứu
Phương pháo tính toán lý thuyết kết hợp 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 bằng các phần mềm tính toán kết cấu
3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp tính toán, thiết kế và thi công phương pháp sàn
giảm tải cho công trình trên nền đất yếu tại Việt Nam.
4. Nội dung nghiên cứu

•
•
•

Nghiên cứu công nghệ thi công cọc cát đầm chặt
Nghiên cứ các dạng phá hoại của cọc cát đầm chặt
Nghiên cứu tính toán cọc cát đầm chặt cho công trình trên đất yếu: tính toán
sức chịu tải của cọc và nhóm cọc, tính toán ổn định tổng thể, tính toán độ lún
của nền đất khi sử dụng cọc cát đầm chặt.


10
•

Nghiên cứu mô hình tính toán cát đầm chặt
5. Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, nội dung
luận văn được thể hiện trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đường đắp trên đất
yếu đường đầu cầu và công nghệ thi công.
Chương 2: Hiện tượng lún ở nền đường đầu cầu, các nguyên nhân và
giải pháp tương ứng với phương pháp xử lý nền đường
Chương 3: Nghiên cứu công nghệ thi công và quản lý chất lượng thi
công nền đường đắp trên đất yếu đường đầu cầu - Dự án
phát triển giao thông đô thị Hải Phòng.


11
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỂ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP
TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỜNG ĐẦU CẦU VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG
1.1. Đặc điểm địa chất công trình vùng đất yếu
1.1.1. Khái niệm về đất yếu
Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải kém, tính nén lún lớn,
bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn, có môđuyn biến dạng nhỏ, sức chống cắt
nhỏ.
Theo [1]thì 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 theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15

daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0-10o hoặc lực dính kết theo kết quả cắt
cánh hiện trường Cn≤ 0,35 daN/cm2. Ngoài ra các cùng thung lung còn hình
thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn ( hệ thống rỗng e>1 và độ bão

-

hòa St>0,8)
Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành ở đầm lầy, nơi nước tích động
thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài 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 tới 2080%, thường có màu đen nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lần các tàn dư thực
vật). Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và đặc trưng
sức chống cắt của chúng cũng đạt trị số như trên.


12
1.1.2. Một số đặc điểm của đất yếu
-

Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lần nhiều hữu cơ
Sức chịu tải bé
Đất có tính nén lún lớn( a>0,1 cm2/kg)
Hệ số rỗng e lớn (e >1,0)
Độ sệt lớn (B>1)
Mô đun biến dạng bé
Khả năng chông cắt bé, khả năng thấm nước bé
Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G>0.8, dung trọng bé

1.1.3. 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 mìn

-

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.
Cát chảy: gồm các loại hạt mịn, kết cấu rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc
pha loáng đáng kể. Loại đất này khi có chịu tải trọng thì chuyển sang

-

trạng thái chảy gọi là cát chảy.
Đất bazan: đây cũng là đất yếu với đặc điểm có độ rỗng lớn, dung trọng
khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập.

1.1.4. Bản chất của sự cố lún nền đường trên đất yếu – đường đầu cầu qua
kết quả một số nghiên cứu trên thế giới
Do có nhiều sự cố lún đường dẫn sau mố diễn ra đặc biệt nghiêm
trọng nên các nhà khoa học đã tiến hành nhiều nghiên cứu như tại Ilinois
năm 1957 và 1995, California năm 1959 và 1985, Colorado năm 1982 và

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 đường dẫn sau mố. Nói chung tất cả các nghiên cứu
này đều cho rằng sự cố lún đường dẫn sau mố là sự cố rất phức tạp và cần
được lưu tâm.


13
Nghiờn cu ca Briaud
Theo nhng nguyờn nhõn in hỡnh sau l nhng nguyờn nhõn dn n
lỳn khu vc sau m. C th c minh ha hỡnh 01:
Chuyển dịch do nhiệt độ
nói chung và mố cầu loại
cố định nói riêng

Sự hình thành các biến dạng mặt
đ ờng do sự thay đổi của nhiệt độ
áp lực ngang nền đất
Thấu kính do đóng băng / tan băng

Sự lún nhỏ theo thiết kế
của mố cầu

Bản chuyển tiếp thiết kế không phù hợp

Đất tr ơng nở

Gối kê bản chuyển
tiếp không phù hợp

Sự thất thoát vật
liệu đắp nền
Sự di chuyển của
đất trên mái dốc
nền đắp

Sự lèn chặt thêm của đất đắp
nền do đầm nén kém hoặc do
sử sụng TCKT không phù hợp

Đất bị phân hủy

Sự lén ép của nền đất
tự nhiên d ới tác động
do ứng suất ngang gây
bởi việc đắp đất

Sự lèn ép của nền đất đắp
thiên nhiên d ới tác động
tải trọng khối đất đắp

Hỡnh 1.1: Nguyờn nhõn gõy s c lỳn ng dn sau m theo nghiờn
cu ca Briaud




Vt liu p nn ng khụng thớch hp
Khụng d oỏn c mc lỳn ca lp t yu di nn p
H thng thoỏt nc m cu kộm hiu qu dn n hin tng xúi t

p sau m v phỏt trin l rng di bn dn sau m cu
Khe co gión v gi cu b h hng lm cho m b dch chuyn theo s



dch chuyn ca kt cu dm cu
Ngoi ra, mt s yu t th yu khỏc cng dn n s c lỳn ng dn

sau m cu gm:
- Nn p cao;
- Lu lng xe lu thụng ln;
- Khu vc cú cng ma ln;
- dc ng u cu ln.


14
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 đất bằng vật liệu thích hợp;

Hệ thống thoát nước hiệu quả;
Nền đường đắp thấp
Trình tự thi công hợp lý và việc giám sát thi công được thực hiên chặt

•

chẽ
Thời gian chờ lún kéo dài và đắp đắp gia tải hợp lý.

Nghiên cứu của Wahls
Theo nghiên cứu của Wahls (1990), nguyên nhân của sự cố lún nền
đường dẫn sau mố bao gồm:
•
•
•
•
•

Lún của lớp đất yếu dưới nền đường
Lún của bản thân nền đường đắp
Đầm chặt không đủ ở vị trí sát mố vì sự hạn chế về mặt bằng thi công
Xói mòn vật liệu 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.


15
Nghiên cứu của David Allen và Tommy Hipkins

David Allen và Tommy Hipkins 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 Hipkins bao gồm các
điểm chủ yếu như sau:
•

Năm 1973, David Allen và Tommy Hipkins khảo sát nguyên nhân dẫn
đến hiện tượng lún lệch giữa mặt đường với mặt cầu và hiện tượng
nghiêng và biến dạng mố trụ cầu. Theo báo cáo của Hopkins cá nguyên
nhân dẫn đến hiện tương 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 Hipkins tiếp tục nghiên cứu về hiện
tượng nghiêng và biến dạng của mố trụ trong giai đoạn thi công đường
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 Hipkins 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
đâu cầu ở Kentucky theo phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình lý
thuyế 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.

Các nghiên cứu khác
Ngoài ra, các nghiên cứu khác của Tadros, Benak, Schaefer, Koch…
cũng là các nghiên cứu nền tảng về sự cố lún nền đường sau mố. Tadros và
Benak (1989) cho rằng nguyên nhân gây ra sự cố có liên quan trực tiếp đến


16
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 phát sinh lực đẩy ngang và ảnh
hưởng mạng đến mức độ gồ ghề khu vực tiếp giáp giữa nền đường và mố
cầu. Theo Schaefer và Koch (1992) sự phát triển lỗ rỗng bên dưới tấm bản
quá độ cũng là nguyên nhân dẫn đến lún khu vực đường dẫn 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 lệch cao độ tại điểm tiếp giáp giữa mố
cầu và đường dẫn 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 loại vật liệu nhỏ dẹt đến loại
vật liệu chọn lọc tốt hơn.

Khuyến khích việc sử dụng những vật liệu bao bọc như vải địa kỹ thuật
để ngăn chặn hiện tượng xói vủa vật liệu đắp sau mố.
1.1.5. Các vùng đất yếu tại Việt Nam
Đặc điểm địa lý của Việt nam là có nhiều sông ngòi và bờ biển trải dài
dọc suốt theo chiều dài 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 đông 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,


17
đường sắt quốc gia) và các công trình đường tỉnh, liên tỉnh được xây dựng
tại vùng này.
1.2. Một số vấn đề về nền đất yếu
1.2.1. Các yêu cầu khi tính toán sức chịu tải của nền đất yếu
Nội dung 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
biện 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 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 đất 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.
Đảm bảo yêu cầu về tính toán lún: Phải dự báo được độ lún tổng cộng
kể từ khi bắt đầu đắp nền cho đến khi lún hết hoàn toàn.

1.2.2. 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 biến
dạng nhiều do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng.
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 dung 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.


18
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi
xây dựng trên nên đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp,
không đánh giá chính xác được các tính chất của cơ lý của nền đất. Do vậy
việc đánh giá chính xác và chặt chẽ 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 khó khăn, nó
đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế

để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng
trên nền đất yếu.
1.2.3. Các nhóm nguyên nhân gây lún nền móng công trình
Nguyên nhân kết cấu
Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất sỏi, đá cuội, đá
tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số trọng tải
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
sập một vài mỏ khai thác đá ở Việt Nam trong những năm gần đây ó thể
tính một phần là do yếu tố này. Cũng có trường hợp đất sét tạo gối 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 là vì lí do này mà lún sập.
Nguyên nhân độ ẩm nền đất
Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại
dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết. Đây là các tác nhan chính gây ra
hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất.Các nhân số này gây ra sự
khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt sử dụng thiết bị gia cố.
Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đông bằng ven sông, ven biển, ven các


19
vùng rừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên
biển.
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
đói với các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố như xi măng,
thủy tinh..
Các vấn đề đánh giá nguyên nhân gây lún
Móng của đường bộ, đường sắt nhà cửa và các công trình khác đặt trên
nền đắp yếu thường được đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết:



Độ lún: nên 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 rường chắn, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán
trên phải được xem xét do sưc chịu tải và cường độ của nền không đủ



lớn
Thấm: cát xùi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bải toán thấm và dưới tác



động của áp lực nước
Hóa lỏng: đất nền bị hóa lỏng do trọng tải của tầu hóa, 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 , thủy lơi, đê điều và công trình



cơ sở trên nền đất yếu
Xử lý và gia cường nên 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

Trong các giai đoạn của dự án


20
Nghiên cứu về các trường hợp bị sự cố có thể thấy rằng nguyên nhân
gây ra sự cố có thể xuất phát từ bất cứ giai đoạn nào của dự án từ điều trakhảo sát, thiết kế, thi công đến vận hành bảo trì. Trong đó số lượng lớn các
sự cố xuất phát từ giai đoạn thiết kế, thi công hoặc cả hai giai đoạn. Thậm
chí trong một số trường hợp khác còn là sự tổng hợp của nhiều nguyên
nhân sai lầm trong giai đoạn khảo sát dẫn tới thiết kế không hiệu quả hoặc
sự yếu kém của thiết kế kết hợp với sự thiếu trách nhiệm của đơn vị thi
công dẫn đến sự cố. Trong 140 trường hợp bị sự cố ở nghiên cứu này có
đến 4/140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên quan đến giai đoạn điều
tra- khảo sát; 86/140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên quan đến
giai đoạn thiết kế; 18/140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên quan
đến giai đoạn thi công; 4/140 trường hợp bị sự cố do nguyên nhân liên
quan đến giai đoạn vận hành- bảo trì; 54/140 trường hợp chưa xác định
được nguyên nhân chủ yếu do giạ đoạn nào của dự án. (Xem hình 1.2)

21
Loại hình sự cố
Hình 1.2: Biểu đồ những nguyên nhân gây ra sự cố theo
các giai đoạn dự án
Như vậy trong 140 trường hợp bị sự cố có 54 trường hợp chưa xác định
chính xác được nguyên nhân thì giai đoạn thiết kế chiếm 100% và thi công
chiếm 21%. Mặc dù số lượng 140 công trình không phải là số lượng quá
lớn nhưng qua thống kê này cũng thấy được trách nhiệm của người thiết kế
và thi công trước việc để xảy ra sự cố với mức độ trầm trọng như hiện nay.
Nguyên nhân của từng giai đọng được cụ thể hóa như ở Bảng 1.1:
Bảng 1.1: Nguyên nhân gây ra sự cố theo các giai đoạn sự án
Giai đoạn

Nguyên nhân
-Sự bất cần, thiếu kinh nghiệm của đơn vị điều tra khảo sát

Điều trakhảo sát

Thiết kế

-Thiết bị khảo sát lạc hậu, lỗi thời
=> Cung cấp sai lệch số liệu địa chất khu vực xây dựng cho
các giai đọn sau của dự án
-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 cầu không thích hợp
-Không đủ thời gian đắp gia tải và thời gian chờ lún nền đắp
trên đất yếu

Thi công

-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 hànhbảo 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

Ảnh hưởng của các công trình có liên quan


22
Vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu là vị trí đặc biệt có liên quan
đến nhiều hạng mục khác nhau bao gồm nền đường, mặt đường, mố cầu,
bản quá độ đầu cầu, khe co giãn, hệ thống thoát nước sau mố… Hơn nữa
tại vị trí này lại có sự chuyển tiếp về độ cứng giữa hai hệ kết cấu khác nhau
là hệ kết cấu và hệ kết cấu đường.Khi các phương tiện giao thông đi đến vị
trí này thường phát sinh các tải trọng xing kích trùng phục và nếu có phát
hiện về sự chênh lệch cao độ thường có phản ứng phanh gấp làm xuất hiện
lực ngang rất lớn. Do đó, nếu các hạng mục này không làm việc đúng vai
trò thiết kế sẽ dẫn đến khả năng cao xuất hiện sự cố lún. Bởi vật nếu xem
xét nguyên nhân gây ra sự cố theo ảnh hưởng của các công trình có liên
quan nhận thấy nguyên nhân gây ra sự cố bao gồm:
-

Nguyên nhân liên quan đến đường dẫn sau mố cầu ( 140/140 trường

-

hợp )
Nguyên nhân liên quan đến mố cầu (7/ 140 trường hợp )
Nguyên nhân liên quan đến bản quá độ (1/140 trường hợp)
Nguyên nhân liên quan đến hệ thống thoát nước sau mố (1/140 trường

-

hợp)
Nguyên nhân liên quan khe co giản ( 4/140 trường hợp)
Loại hình sự cố

Hình 1.3: Biểu đồ nguyên nhân gây ra sự cố theo các yếu tố ảnh hưởng
Trong các số liệu thống kê mà nghiên cứu thu thập được có 140/140
trường hợp bị sự cố có nguyên nhân liên quan đến dẫn sau mố. Do vậy nếu
chúng ta làm tốt đảm bảo không xảy ra lún đường dẫn sau mố cầu thì có thể
giảm được số lượng lớn các công trình bị sự cố. Các nguyên nhân chi tiết được
thống kê cụ thể như ở Bảng 1.2:
Bảng 1.2: Nguyên nhân gây ra sự cố theo các yếu tố ảnh hưởng
Công trình

Lún sụt nền đắp trên đất yếu
Lún kéo dài nền đắp trên đất yếu


23
Xói mòn đất đắp mố cầu

Lún bản thân nền đắp sau mố do đất đắp sau mố cầu không
đủ chặt

Đường dẫn

Bản quá độ

Lún cố kết cấu của đường dẫn sau mố cầu gây ma sát âm
lên hệ cọc mố cầu;
Trượt ngang của đường dẫn sau mố cầu gây lực xệ ngang
lên cọc mố kép theo sự si chuyển của mố cầu;
Thiết kế bản quá độ không đạt hiệu quá dẫn đến hư hỏng
trong quá trình khai thác;

Thi công khe co giãn không tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ
Khe co giãn thuật ;
Không làm tốt công tác bảo trì khe co giãn;
Hệ thống
thoát nước
mố cầu

Thiết kế hệ thông thoát nước mố cầu không hiệu quả;
Không làm tốt công tác bảo trì hệ thống thoát nước khu
vực mốc cầu;

Một số vấn đề dự báo lún :
Như chúng ta đã biết lún của nền đắp trên đất yếu bao gồm ba thành
phần độ lún: lún tức thời, lún cố kết và lún từ biến. Khi tính toán dự báo
lún của nền đường xây dựng trên nền đất yếu hầu hết các dự án ở Việt Nam
đều tính toán theo [1]. Quy trình tính độ lún tổng cộng trong trường hợp

không sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng theo công thức sau:
S= m.Sc

(1)

-

Hệ số m là một hệ số kinh nghiệm để xét đến 2 thành phần độ lún S tứcthời

-

và Stự nhiên
Độ lún cố kết Scđược tính theo công thức:

(2)
Trong đó:


24
là bề dày lớp đất yếu i;
eli: là hệ số rỗng của lớp đất yếu i tương ứng với áp lực lớp đất yếu thứ
i phải chịu lúc đầu P vi;
Pzi: là áp lực thẳng đứng do tải trọng nền đắp gây ra ở lớp đất yếu thứ
i;
Ppi: là áp lực tiền cố kết tại lớp i;
Pvi: là áp lực do trọng lượng bản thân của các lớp phía trên gây ra
trong lớp i;
Cri và Cci: là chỉ số nén lún tương ứng ở đoạn P i <Ppi và đoạn Pi>Ppi
trên đường cong nén lún không nở hông e=log(p) đối với các mẫu nguyên
dạng đại diện cho lớp đất yếu i. C ri và Cci còn được gọi là chỉ số nén lún khi

dỡ tải và chỉ số nén lún khi gia tải trong quá trình thí nghiệm nén lún không
nở hông.
Xét biểu thức (1) ta có nhật xét sau đây:
Thứ nhất, các thông số trong công thức tính giá trị S c (2) rất khó đạt
được độ chính xác vì sự chính xác phục thuộc vào lịch sử chịu tải của đất
(để xác định áp lực tiền cố kết (P pi), phương pháp thí nghiệm, phương pháp
bảo toàn mẫu (để xác định C ri và Cci)… Do đó việc xác định tương đối
chính xác giá trị S c là việc khó khăn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách
quan.
Thứ hai, giá trị kinh nghiệm “m” theo quy định như sau “m=1,1-1,4”
nếu các biện pháp hạn chế đất yếu bị đẩy trồi ngang dưới tải trọng đắp (như
đắp bệ phản áp hoặc rải vải địa kĩ thuật) thì m=1,1 ngoài ra chiều cao đắp
càng lớn và đất càng yếu thì sử dụng trị số m càng lớn”. Các quy định này
chưa được minh chứng qua thực nghiệm, và cũng không đủ cơ sở để
khuyến cáo cụ thể hơn cho việc lấy giá trị này. Thực tế giá trị m là giá trị


25
thay đổi rất nhanh. Có thể thấy rõ điều này qua các thử nghiệm thực tế
được tiến hành tại Trung Quốc như sau:
Thí nghiệm 1: được tiến hành khi xây dựng đường cao tốc Bắc Kinh Thiên Tân - Đường Sơn
Công trình thử nghiệm này được bố trí 9 điểm thử nghiệm với các loại
biện pháp xử lý khác nhau, chiều cao đắp và hệ số độ lún tính được liệt kê
ở bảng 3 (độ lún cố kết tính theo đường cong nén lún “e-p” và độ lún cuối
cùng được suy ra từ số liệu quan trắc lún)
Bảng 1.3: Hệ số độ lún m đường cao tốc Bắc Kinh – Thiên TânDường Sơn
Số liệu
đoạn thử
nghiệm

Chiều cao
đắp (M)

Hình thức xử lý nền đắp
phía trên và đất yếu phía
dưới

Hệ số độ
lún m

1

3,27

Giếng cát

1,39

2

3,81

Bấc thấm

1,47

3

3,91

Không xử lý

1,65

4

3,96

Không xử lý

1,53

5

6,82

Giếng cát

1,79

6

2,08

Không xử lý

1,06

7

3,07

Rải vải ĐKT

1,33

8

4,18

Rải vải ĐKT+ giếng cát

1.24

9

5,30

Không xử lý

1,07

Như vậy, giá trị m ở bảng 3 thay đổi rất nhanh mới chỉ có một đoạn
thử nghiệm dài 380m mà hệ số lún đã thay đổi từ 1,01 đến 1,79. Rõ ràng sự
thay đổi giá trị m sẽ làm thay đổi giá trị độ lún dự báo cuối cùng nên việc
dự báo lún dựa vào giá trị m theo quy trình là rất khó chính xác.
Thử nghiệm 2: Được tiến hành khi xây dựng đường cao tốc Quảng
Châu - Phật Sơn