Nghiên cứu giải pháp gia cố xử lý lún đường đầu cầu bằng công nghệ jet grouting dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng cho cầu tám bang và cầu vàm đinh tỉnh đồng tháp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

QUÁCH HỒNG CHƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU
CẦU BẰNG CÔNG NGHỆ JET GROUTING DỰA TRÊN KẾT
QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG CHO CẦU TÁM BANG VÀ
CẦU VÀM ĐINH TỈNH ĐỒNG THÁP

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
MÃ SỐ NGÀNH: 60.58.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2016


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Nguyễn Hoàng Hùng
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Dương Hồng ThNm
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Lê Trọng Nghĩa
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-TP.HCM
ngày 27 tháng 08 năm 2016.
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Nguyễn Văn Chánh
2. PGS. TS. Dương Hồng ThNm
3. PGS. TS. Trần Văn Miền
4. TS. Lê Trọng Nghĩa
5. TS. Văn Hồng Tấn
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trường Khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có).

CHỦ TNCH HỘI ĐỒNG

PGS. TS. Nguyễn Văn Chánh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS. TS Nguyễn Minh Tâm


i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Quách Hồng Chương
Phái
: Nam
Ngày tháng năm sinh : 19/01/1989
Nơi sinh
: TP. HCM
Chuyên ngành
: Xây dựng Đường Ơ Tơ và Đường Thành Phố
Mã số ngành

: 60.58.30
Khóa
: K2012
Mã số học viên : 12144568
I.
TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu giải pháp gia cố xử lý lún đường đầu cầu bằng công nghệ Jet
Grouting dựa trên kết quả thí nghiệm trong phịng cho cầu Tám Bang và cầu
Vàm Đinh tỉnh Đồng Tháp
II.
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Luận văn nghiên cứu giải pháp gia cố xử lý lún đường đầu cầu bằng công
nghệ Jet Grouting dựa trên kết quả thí nghiệm trong phịng cho cầu Tám Bang và
cầu Vàm Đinh tỉnh Đồng tháp có nhiệm vụ cụ thể:
1. Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Jet Grouting và hiện tượng lún tại
đường đầu cầu.
2. Xác định bản chất lún tại đường đầu cầu tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm
Đinh tỉnh Đồng Tháp.
3. Chế tạo các mẫu đất địa phương trộn với ximăng nhằm tìm ra phương án tối
ưu để tạo soilcrete đạt yêu cầu cho vị trí thử nghiệm.
4. Đánh giá ứng xử của soilcrete (cường độ, biến dạng) được tạo ra trong phịng
thí nghiệm.
5. Đề xuất phương án gia cố hiện tượng lún tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm
Đinh dựa trên các phân tích ứng xử của soilcrete được tạo ra trong phòng.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
Ngày 17 tháng 08 năm 2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 17 tháng 06 năm 2016
V.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
TS. TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG

TP. HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CÁN BỘ CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG

TS. LÊ BÁ KHÁNH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ii

LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên và quan trọng nhất tơi xin gửi đến Thầy hướng dẫn chính
TS. Trần Nguyễn Hồng Hùng, bộ mơn Cầu Đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng
trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, đã dạy tơi rất nhiều điều bổ ích. Cảm ơn các
Thầy Cơ ở trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã giảng dạy và tư vấn cho tôi suốt
thời gian tôi học tập tại trường. Tôi chân thành cảm ơn Sở Khoa học Cơng nghệ tỉnh
Đồng Tháp đã cấp kinh phí thơng qua hợp đồng số 108/2015/ĐT-KHCN để tôi thực
hiện đề tài này. Tôi chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, các
Sở Ban Ngành và người dân ở Đồng Tháp đã hỗ trợ tơi trong q trình thực hiện đề
tài. Cảm ơn tất cả các bạn trong nhóm nghiên cứu cùng các anh chị ở phịng thí
nghiệm LAS–XD 475 đã chia sẻ kinh nghiệm và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu. Cảm ơn cha mẹ, các dì, và anh chị em của tơi – những người đã gửi
gấm tình yêu thương, niềm tin, tạo mọi điều kiện, và đồng thời cũng là động lực lớn
lao để tơi hồn thành đề tài này.

iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BẰNG
CÔNG NGHỆ JET GROUTING DỰA TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
TRONG PHỊNG CHO CẦU TÁM BANG VÀ CẦU VÀM ĐINH TỈNH
ĐỒNG THÁP
Sự khác biệt về độ lún giữa đường dẫn và cầu tạo nên sự thay đổi cao độ đột ngột,
nguyên nhân chính gây mất êm thuận, ảnh hưởng đến sự an toàn và hàng hóa, và tạo
nên lực xung kích phụ thêm tại mố cầu. Hầu hết các cầu trên các tỉnh lộ thuộc tỉnh
Đồng Tháp và các tỉnh thuộc Đồng Bằng Sông Cửu long (ĐBSCL) đều xảy ra hiện
tượng lún đường dẫn đầu cầu trong quá trình khai thác. Các giải pháp gia cố lún
đường đầu cầu trong quá trình khai thác hiện nay chỉ mang tính chất tạm thời. Jet
Grouting có khả năng gia cố bền vững với ưu điểm không chiếm dụng khơng gian,
khơng gây ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh nhưng chưa được áp dụng rộng
rải. Khoảng 200 mẫu soilcrete được chế tạo trong phòng với nhiều loại xi măng, tỷ
lệ nước/xi măng (w/c), được bảo dưỡng ở nhiều độ tuổi khác nhau để đánh giá khả
năng ứng dụng của Jet Grouting. Kết quả đạt được: (1) cường độ qu của các mẫu ở 3
ngày tuổi bằng 0.5 lần 28 ngày tuổi và gấp từ 4 đến 11 lần đất tự nhiên, (2) mô đun
đàn hồi cát tuyến E50 từ 43 đến 147 lần qu, (3) biến dạng lúc phá hoại vào khoảng 1–
3%, (4) qu tăng theo hàm lượng xỉ lò cao, và (5) w/c = 1/0.7 cho cường độ soilcrete
và độ nhớt phù hợp. Phương án gia cố đường dẫn đầu cầu được xây dựng dựa trên
kết quả thí nghiệm trong phịng. Lún được phân tích bằng phương pháp giải tích ở
các mặt cắt dọc theo lý trình của cầu Tám Bang và Vàm Đinh. Kết quả đạt được
như sau: (6) Jet Grouting gia cố cầu Tám Bang và Vàm Đinh đảm bảo yêu cầu của
22TCN 211-06 và độ êm thuận, (7) Jet Grouting gia cố mang lại ý nghĩa xã hội tích
cực hơn và tránh gây dư luận xấu cho cơng trình, và (8) Jet Grouting có thể được
ứng dụng rộng rãi ở Đồng bằng sơng Cửu Long để gia cố lún đường đầu cầu. Quy
trình cơng nghệ Jet Grouting cho mục đích gia cố đường dẫn đầu cầu đã được phát

thảo.


iv

SUMMARY OF THESIS
Topic
REINFORCING SOLUTION BRIDGE APPROACHING EMBANKMENT
BY JET GROUTING TECHNOLOGY BASE ON LABORATORY
INVESTIGATION OF TAM BANG AND VAM DINH BRIDGE IN DONG
THAP PROVINCE
Differential settlement at the roadway/bridge interface typically results in an abrupt
grade change, causing driver discomfort, impairing driver safety, and exerting a
potentially excessive impact traffic loading on the abutment. The current techniques
to reinforce bridge approaching embankments mitigating settlement have been
ineffective and less sustainable. Jet Grouting has high potential application to lessen
settlement at bridge approaching embankments but has limit applications in
Vietnam. About 200 specimens were created with various cement types,
water/cement ratios (w/c) , and cured in various curing times to examine soilcrete
characteristics such as: Unconfined compressive strength (UCS), secant modulus of
elasticity, and strain at failure. Base on the experimental data, the following
conclusions are drawn: (1) UCS at a curing time of 3 days is about 0.5 times of 28
days and higher 4 to 11 times than those of the in-situ soils, (2) Secant modulus of
elasticity varying from 43 to 147 times to UCS, (3) Strain at failure varying from 1
to 3%, (4) UCS increase with increasing in percentage of slag, and (5) w/c = 1/0.7
providing suitable soilcrete strength and viscocity. Base on behavior of soilcrete
created in laboratory, reinforcing plans of Tam Bang and Vam Dinh brigde were
built. The results of consolidated settlements analysis indicate that (6) Jet Grouting
reinforcing Tam Bang and Vam Dinh bridges meets requirements of the 22TCN
211-06 Code, (7) Jet Grouting can mitigate eco-socio impacts in the community,

and (8) Jet Grouting can be widely applied to reinforce settlement of bridge
approaching embankments in the Mekong Delta. Jet Grouting process technology
for the purpose of reinforcing the approaching embankment of Tam Bang and Vam
Dinh bridge was proposed.


v

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ: “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ XỬ
LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BẰNG CƠNG NGHỆ JET GROUTING DỰA
TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CHO CẦU TÁM BANG VÀ
CẦU VÀM ĐINH TỈNH ĐỒNG THÁP” là đề tài do chính cá nhân tôi thực hiện.
Đề tài được thực hiện theo đúng nhiệm vụ luận văn thạc sĩ, không phải sao chép của
cá nhân nào, các số liệu trong luận văn là số liệu trung thực. Tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm về nội dung của luận văn này.

TP. HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

QUÁCH HỒNG CHƯƠNG
Học viên cao học khóa 2012
Chuyên ngành: Xây Dựng Đường Ơtơ và Đường Thành Phố
Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM.


vi

Xin dâng tặng luận văn này cho cha mẹ và các dì của tơi

vii

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................xiv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................xiv
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................1
2. TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ........................................................3
2.1. Tổng quan về công nghệ Jet Grouting.........................................................3
2.2. Tổng quan về hiện tượng lún đường đầu cầu ..............................................6
3. ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU..............................................................................7
4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ...............................................................................8
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................9
6. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ............................................................................................9
7. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................................9
8. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ............................................................................................10
9. TỔ CHỨC LUẬN VĂN ...................................................................................10
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................11
1.1. THÍ NGHIỆM TRỘN ĐẤT VỚI XI MĂNG TRONG PHỊNG ..................11
1.1.1. Định nghĩa các thơng số liên quan .........................................................11
1.1.2. Thí nghiệm xác định độ Nm ....................................................................13
1.1.3. Thí nghiệm xác định khối lượng riêng ...................................................14


viii
1.1.4. Xác định khối lượng riêng của vữa ........................................................14
1.1.5. Chế tạo mẫu trong phịng .......................................................................15
1.1.6. Thí nghiệm nén nở hơng tự do ...............................................................17

1.2. LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH LÚN..................................................................19
1.2.1. Phân tích độ lún cố kết ...........................................................................19
1.2.2. Phân tích độ lún cố kết theo thời gian ....................................................20
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA SOILCRETE CHẾ TẠO
TRONG PHỊNG ....................................................................................................21
2.1. VN TRÍ NGHIÊN CỨU ..................................................................................21
2.2. VẬT LIỆU THÍ NGHỆM ..............................................................................21
2.2.1. Đất thí nghiệm ........................................................................................21
2.2.2. Xi măng ..................................................................................................21
2.2.3. Nước .......................................................................................................21
2.3. THIẾT BN THÍ NGHIỆM ..............................................................................24
2.3.1. Thiết bị chế tạo mẫu trong phòng ...........................................................24
2.3.2. Máy nén trong phịng thí nghiệm ...........................................................24
2.4. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM ............................................................................25
2.4.1. Lựa chọn tỷ lệ nước/xi măng (w/c) để trộn vữa .....................................25
2.4.2. Chế tạo mẫu soilcrete .............................................................................25
2.4.3. Nén mẫu bằng thí nghiệm UCS ..............................................................26
2.5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................31
2.5.1. Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng đến cường độ nén nở hông tự do .31
2.5.2. Cường độ nén nở hông tự do ở 3 ngày tuổi ............................................33
2.5.3. Tốc độ phát triển cường độ của soilcrete ...............................................33


ix
2.5.4. Ảnh hưởng của loại đất đến qu28 .............................................................35
2.5.5. Ảnh hưởng của loại xi măng và tỷ lệ nước/xi măng, w/c đến qu28 .........35
2.5.6. Quan hệ giữa biến dạng lúc phá hoại, εf và qu28 .....................................37
2.5.7. Quan hệ giữa mô đun đàn hồi cát tuyến E50 và cường độ nén nở hơng tự
do, qu .................................................................................................................37
2.6. TĨM TẮT CHƯƠNG 2 ................................................................................39

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN GIA CỐ ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU
TÁM BANG VÀ CẦU VÀM ĐINH BẰNG JET GROUTING ..........................40
3.1. HIỆN TRẠNG VÀ BẢN CHẤT LÚN TẠI VN TRÍ NGHIÊN CỨU ...........40
3.1.1. Hiện trạng ...............................................................................................40
3.1.2. Bản chất lún ............................................................................................40
3.2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN ...............................................................................42
3.2.1. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................42
3.2.2. Phân tích lún ...........................................................................................42
3.2.3. Tiêu chí thiết kế ......................................................................................43
3.2.4. Các thơng số thiết kế ..............................................................................43
3.3. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN GIA CỐ ..............................................................45
3.3.1. Xác định độ lún khi chưa gia cố .............................................................45
3.3.2. Thiết kế phương án gia cố ......................................................................45
3.4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................50
3.4.1. Độ lún sau khi gia cố ..............................................................................50
3.4.2. Tốc độ lún ...............................................................................................50
3.4.3. Độ êm thuận sau khi gia cố ....................................................................52
3.5. TÓM TẮT CHƯƠNG 3 ................................................................................55


x
CHƯƠNG 4: PHÁT THẢO QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ JET GROUTING
CHO MỤC ĐÍCH GIA CỐ ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU .......................................56
4.1. PHẠM VI ÁP DỤNG ....................................................................................56
4.2. CÁC THUẬT NGỮ ĐNNH NGHĨA ..............................................................56
4.3. CÁC TÀI LIỆU VIỆN DẪN .........................................................................57
4.4. CÁC QUY ĐNNH CHUNG ...........................................................................58
4.4.1. Quy trình thiết kế và thi cơng gia cố nền bằng cọc đất – xi măng .........58
4.4.2. Các thông tin cần xác định trước khi thiết kế, thi công Jet Grouting.....58
4.5. KHẢO SÁT ĐNA CHẤT ...............................................................................58

4.6. VẬT LIỆU SỬ DỤNG ..................................................................................59
4.7. CÁC XEM XÉT KHI THIẾT KẾ .................................................................60
4.7.1. Phần chung .............................................................................................60
4.7.2. Lựa chọn thơng số vận hành...................................................................60
4.7.3. Kích thước hình học ...............................................................................61
4.7.4. Các đặc trưng về cường độ, biến dạng của soilcrete ..............................61
4.7.5. Thí nghiệm hiện trường ..........................................................................61
4.7.6. Nội dung hồ sơ thiết kế ..........................................................................62
4.8. THI CÔNG JET GROUTING .......................................................................63
4.8.1. Phần chung .............................................................................................63
4.8.2. Thiết bị thi công Jet Grouting phun đôi .................................................64
4.8.3. Công tác chuN n bị ...................................................................................65
4.8.4. Công tác phụt thử ...................................................................................65
4.8.5. Công tác khoan tạo lỗ .............................................................................65
4.8.6. Quá trình phụt vữa cao áp ......................................................................66


xi
4.8.7. Bùn dư và kiểm sốt bùn dư ...................................................................66
4.8.8. Cơng tác sau khi thi công .......................................................................66
4.8.9. Các hồ sơ ở công trường ........................................................................67
4.9. GIÁM SÁT, KIỂM TRA, VÀ NGHIỆM THU .............................................68
4.9.1. Phần chung .............................................................................................68
4.9.2. Các thí nghiệm kiểm tra .........................................................................68
4.9.3. Giám sát và kiểm tra trong thi công .......................................................69
4.9.4. Kiểm tra về đặc trưng hình học ..............................................................70
4.9.5. Kiểm tra về mặt cơ học ..........................................................................70
4.9.6. Quan trắc ................................................................................................71
4.9.7. Nghiệm thu .............................................................................................71
4.10. CÁC YÊU CẦU ĐẶC BIỆT .......................................................................72

4.10.1. Tuân thủ theo các tiêu chuN n, quy định hiện hành ...............................72
4.10.2. An toàn lao động ..................................................................................72
4.10.3. Yêu cầu bảo vệ môi trường ..................................................................73
KẾT LUẬN, KIẾN NGHN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.............74
5.1. TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN ..........................................................................74
5.1.1. Ứng xử của soilcrete chế tạo trong phòng ..............................................74
5.1.2. Phương án gia cố đường dẫn đầu cầu Tám Bang và Vàm Đinh ............74
5.1.3. Quy trình công nghệ Jet Grouting đầu phun đôi ....................................75
5.2. KIẾN NGHN ...................................................................................................76
5.3. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO..........................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78


xii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
-

A, Ac

= Diện tích, diện tích tiết diện cọc

-

as

= Tỷ số thay thế

-

Br

= Bề rộng gia cố soilcrete

-

Cc , Cr

= Hệ số nén lún, hệ số nở

-

Cv, Cvtb

= Hệ số cố kết, hệ số cố kết trung bình

-

D

= Đường kính mẫu hoặc đường kính cọc soilcrete

-

E, E50

= Mô đun biến dạng, mô đun đàn hồi cát tuyến

-

e, eo, eoi

= Hệ số rỗng, hệ số rỗng ban đầu, hệ số rỗng ban đầu lớp
đất thứ i

-

FS

= Hệ số an toàn

-

H, Hi, Hr, He

= Chiều cao mẫu, chiều dày lớp đất thứ i, chiều dài cọc gia
cố, chiều cao đất đắp nền đường

-

Iz

= Hệ số phân bố tải trọng ngoài theo chiều sâu đất nền

-

∆i

= Hiệu đại số giữa hai độ dóc dọc liền kề

-

k

= Hệ số hao hụt

-

Lr , L0

= Chiều dài khối cần gia cố, chiều dài mẫu ban đầu

-

LL

= Giới hạn chảy

-

M, Mw, Ms

= Khối lượng mẫu, khối lượng nước, khối lượng hạt

-

msoil, mg, mc, mw

= Khối lượng đất, vữa, xi măng, nước cần thiết để trộn

-

n

= Độ rỗng ban đầu của đất

-

P

= Lực nén dọc trục hoặc lực nén phá hoại

-

PI

= Chỉ số dẻo

-

q0

= Tải trọng đất đắp nền đường

-

qu

= Cường độ nén nở hông tự do

-

quyc

= Cường độ soilcrete yêu cầu

-

qutk

= Cường độ soilcrete thiết kế


xiii
-

S

= Khoảng cách giữa tim hai cọc soilcrete

-

S i , ∆S

= Độ lún cố kết tại lớp thứ i, độ lún chênh lệch

-

Sc , St

= Độ lún cố kết, độ lún cố kết theo thời gian

-

Tv

= Nhân tố thời gian

-

U

= Độ cố kết của nền đường phụ thuộc nhân tố thời gian

-

V, Vs, Vv

= Thể tích khn, thể tích pha rắn, thể tích pha rỗng

-

Vw, Vc, Vg

= Thể tích nước, thể tích xi măng, thể tích vữa

-

w

= Độ N m

-

w/c

= Tỷ lệ nước/xi măng

-

z

= Chiều sâu tính lún

-

α

= Phần trăm thể tích vữa được giữ lại bởi đất

-

β

= Phần trăm thể tích đất thay thế bởi vữa

-

γw, γdn, γe

= Trọng lượng riêng của đất, trọng lượng riêng đN y nổi của
đất, trọng lượng riêng trung bình của đất đắp nền đường

-

δ

= Phần trăm lỗ rỗng đất lắp đầy bởi vữa

-

ε, εf

= Biến dạng dọc trục, biến dạng lúc phá hoại

-

ρw, ρd, ρs

= Khối lượng riêng tự nhiên, khối lượng riêng khô, khối
lượng riêng của hạt đất

-

ρg

= Khối lượng riêng của vữa

-

σ 0i , ∆σ i , σ ci

= Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất, do tải trọng
ngoài, áp lực cố kết trước tại lớp đất thứ i

-

σ

= Ứng suất nén


xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm .............................................................22
Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB40...........................................................22
Bảng 2.3: Hàm lượng tối đa cho phép của các thành phần trong nước trộn vữa .....22
Bảng 3.1: Chỉ tiêu cơ lý cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh ......................................41

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Các thành phần trong mẫu soilcrete. ........................................................12
Hình 1.2: Biểu đồ quan hệ ứng suất, qu, và biến dạng, ε..........................................19
Hình 2.1: Vị trí nghiên cứu ......................................................................................23
Hình 2.2: Trộn đất với vữa .......................................................................................28
Hình 2.3: Khn chứa mẫu sau khi đúc ...................................................................28
Hình 2.4: Gia cơng mẫu trước khi nén .....................................................................29
Hình 2.5: Đo kích thước mẫu trước khi nén ............................................................29
Hình 2.6: Mẫu trong khi nén ....................................................................................30

Hình 2.7: Mẫu khi phá hoại ......................................................................................30
Hình 2.8: Quan hệ giữa thời gian bảo dưỡng, t và cường độ nén nở hông tự do, qu32
Hinh 2.9: Cường độ nén nở hông tự do của đất nguyên thổ và soilcrete ở 3 ngày
tuổi .............................................................................................................................34
Hình 2.10: Tốc độ phát triển cường độ của soilcrete với các loại xi măng khác nhau
...................................................................................................................................34
Hình 2.11: Ảnh hưởng của loại đất đến qu28 ............................................................36


xv
Hình 2.12: Ảnh hưởng của tỷ lệ w/c đến qu28 ...........................................................36
Hình 2.13: Ảnh hưởng của loại xi măng đến qu28 ....................................................38
Hình 2.14: Quan hệ giữa biến dạng lúc phá hoại và qu28 tạo từ xi măng A và B ....38
Hình 2.15: Quạn hệ giữa E50 và qu28 của soilcrete tạo từ xi măng A và B ...............38
Hình 3.1: Độ lún cố kết khi chưa gia cố của đường dẫn vào cầu ............................46
Hình 3.2: Mặt bằng gia cố cầu Tám Bang và Vàm Đinh .........................................48
Hình 3.3: Mặt cắt dọc tim cầu gia cố cầu Tám Bang và Vàm Đinh ........................49
Hình 3.4: Độ lún sau gia cố ......................................................................................51
Hình 3.5: Tốc độ lún sau gia cố ...............................................................................53
Hình 3.6:Hình dạng đường dẫn vào cầu...................................................................54


1

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đường dẫn vào cầu làm nhiệm vụ chuyển tiếp độ cứng và độ lún chênh lệch
giữa đường với cầu, đảm bảo sự êm thuận cho người, và phương tiện lưu thông trên
tuyến. Phần đất đắp ngay sau mố (trong phạm vi 3-5 m) thường xảy ra độ lún lớn
gây chênh lệch cao độ đỉnh mố và đường sau khi cơng trình đưa vào khai thác ở

Việt Nam. Việc lưu thông trên tuyến đường sẽ gặp nhiều khó khăn khi độ lún này
vượt quá 30 mm, gây mất cảm giác êm thuận, ảnh hưởng đến sự an tồn, hàng hóa
bị vỡ, và tạo nên lực xung kích phụ thêm tại mố cầu (Phan Quốc Bảo 2015).
Hầu hết các cầu trên các tỉnh lộ thuộc tỉnh Đồng Tháp đều xảy ra hiện tượng lún
đường dẫn đầu cầu trong quá trình khai thác dựa trên số liệu khảo sát của nhóm
nghiên cứu. Hiện tượng lún này cũng xảy ra hầu hết ở các cầu ở Đồng Bằng sông
Cửu Long (ĐBSCL) như các cầu trên tuyến Quản lộ-Phụng Hiệp, Đường Xuyên Á
nối TP. Cà Mau và TP. Rạch Giá, v.v. Lún đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu là
hiện tượng phổ biến, không chỉ riêng tại Việt Nam mà cả các nước phát triển. Kết
quả điều tra gần đây (2005) cho thấy khoảng 25% cơng trình cầu của Hoa Kỳ cũng
đang gặp vấn đề tương tự (Phan Quốc Bảo 2013). Tại nước ta, một số cơng trình bị
sự cố ngay trong q trình đang thi cơng, và số lớn khác bị sự cố chỉ sau thời gian
sử dụng ngắn. Điểm khác biệt là tại các cơng 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, gây dư luận xấu cho chất lượng cơng trình (Phan Quốc Bảo 2013, Nguyễn
Thị Thu Hằng 2008).
Một phân tích qua 20 cầu gặp sự cố ở nước ta trong 15 năm trở lại đây cho thấy
nguyên nhân chủ yếu của các trường hợp cầu bị sự cố là do chưa xử lý tốt nền đất
yếu. Việc thiết kế biện pháp xử lý nền đất yếu khơng thích hợp là ngun nhân trực
tiếp và gây ra sự cố lớn nhất ở đường dẫn sau mố cầu (Nguyễn Thị Thu Hằng
2008).


2
Là khu vực có tiềm năng phát triển, ĐBSCL có lớp đất yếu phân bố rộng, nằm
gần trên bề mặt địa hình tự nhiên và chiều dày lớn. Do đó, đường đắp trên đất yếu
tại đây chiếm tỷ trọng lớn và địi hỏi phải có biện pháp xử lý nền. Dựa vào chiều
dày lớp đất yếu, ĐBSCL có thể chia thành ba khu vực (Nguyễn Việt Hùng 2011):
Khu vực I có lớp đất yếu dày từ 1 – 30 m, bao gồm các vùng ven thành phố
Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sơng Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đơng, phía tây Đồng

Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa
Đơng Bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hịa.
Khu vực II có lớp đất yếu dày 5 – 30 m ở lân cận khu vực trên, chiếm đại bộ
phận đồng bằng và khu trung tâm Đồng Tháp Mười.
Khu vực III có lớp đất yếu dày từ 15 – 30 m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh
Vĩnh Long, Bến Tre tới vùng duyên hải các tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau, Hậu Giang,
Tiền Giang, Sóc Trăng.
Theo quyết định 3095/QĐ-BGTVT 07/10/2013 có ba biện pháp khắc phục lún
đầu cầu trong quá trình khai thác như: bù lún, bơm vữa, và thay thế.
So với các giải pháp trên, Jet Grouting có ưu điểm là xử lý được lớp đất yếu có
chiều dày lớn mà khơng chiếm dụng nhiều diện tích, khơng phá vỡ lớp kết cấu bên
trên gây ảnh hưởng đến giao thông trong quá trình thi cơng. Mặt khác, Jet Grouting
có thể áp dụng được cho tất cả các loại đất.
Xuất hiện ở nước ta từ năm 1999 (Trần Nguyễn Hồng Hùng 2011), cơng nghệ
Jet Grouting chủ yếu chỉ được áp dụng cho các cơng trình thủy lợi, đặc biệt là
chống thấm và giảm dịng thấm qua các cơng trình đê đập. Dù vậy, Jet Grouting vẫn
cịn là một cơng nghệ mới đối với nước ta. Hiện nay, mới chỉ có một tiêu chuN n cấp
cơ sở của Viện Khoa học Thủy lợi TCCS 05:2010 là có hướng dẫn sử dụng phương
pháp Jet Grouting (Trần Nguyễn Hồng Hùng 2011 trích nguồn từ Nguyễn Quốc
Dũng et al. 2010b). Ngành giao thông và xây dựng vẫn chưa có tiêu chuN n ngành
hướng dẫn ứng dụng (Trần Nguyễn Hồng Hùng 2011). Nghiên cứu và áp dụng
cơng nghệ Jet Grouting để xử lý các vấn đề của ngành giao thơng nói chung và hiện
tượng lún ở đường đầu cầu nói riêng là cần thiết.


3
2. TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Nghiên cứu tổng quan nhằm khái quát các cơ sở lý thuyết và các kết quả nghiên
cứu đã được công bố liên quan đến đề tài đang thực hiện. Kết quả ban đầu của
nghiên cứu tổng quan là cơ sở cần thiết để xác định mục tiêu, xây dựng cơ sở lý

thuyết, và lựa chọn phương pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu tổng quan của
luận văn được trình bày chi tiết ở Phụ lục A bao gồm hai phần: (1) tổng quan về
công nghệ Jet Grouting và (2) tổng quan về hiện tượng lún đường đầu cầu. Một số
kết quả nổi bật rút ra từ kết quả nghiên cứu tổng quan được trình bày tóm tắt trong
mục này.
2.1. Tổng quan về cơng nghệ Jet Grouting
Jet Grouting là công nghệ sử dụng tia (vữa hoặc nước) ở áp lực cao để xói, thay
thế và trộn đất với vữa tạo thành sản phN m gọi là soilcrete, nhằm mục đích cải thiện
đất (Essler và Yoshida 2004, Choi 2005, Townsend 2004). Jet Grouting được phát
triển vào những năm 1970 tại Nhật Bản. Từ giữa thập niên 1970, Jet Grouting được
xuất khN u sang châu Âu và bắt đầu được sử dụng rộng rãi tại đó. Giai đoạn cuối
những năm 1970 đầu những năm 1980, Jet Grouting xuất hiện và phát triển ở Bắc
Mỹ dưới dạng đầu phun đơn (Xanthakos et al. 1994, Essler & Yoshida 2004). Tại
Việt Nam, Jet Grouting xuất hiện lần đầu vào năm 1999 (Trần Nguyễn Hoàng Hùng
2011), được áp dụng chủ yếu trong ngành Thủy Lợi (Nguyễn Quốc Dũng et al.
2005, Nguyễn Quốc Dũng et al. 2010). Bộ thiết bị Jet Grouting hoàn chỉnh được cải
tiến và lắp ráp từ các linh kiện có sẵn trong nước đã được thử nghiệm thành công tại
TP. HCM vào năm 2012 (Lê Thọ Thanh et al. 2013a ,Lê Thọ Thanh et al. 2013b, Lê
Thọ Thanh và Trần Nguyễn Hồng Hùng 2012).
2.1.1. Phân loại cơng nghệ Jet Grouting
Jet Grouting có ba dạng cơ bản bao gồm (Xanthakos et al. 1994, Essler &
Yoshida 2004, Choi 2005):
-

Jet Grouting đầu phun đơn: Vữa được bơm trực tiếp với vận tốc lớn để xói
và trộn với đất.


4
-

Jet Grouting đầu phun đôi: được cải tiến từ Jet Grouting đầu phun đơn, tia
vữa được bao bọc xung quanh bởi khí nén nhằm nâng cao khả năng xói đất,
đặc biệt là đất ở dưới mặt nước ngầm.

-

Jet Grouting đầu phun ba: công nghệ này sử dụng ba thành phần khí, nước và
vữa. Tia nước được bao bọc bởi khí để tăng khả năng xói được đặt phía trên
dịng vữa.

2.1.2. Phạm vi ứng dụng
Jet Grouting là một công cụ đặc biệt linh hoạt và được áp dụng trong những lĩnh
vực sau đây (Essler & Yoshida 2004):
-

Kiểm soát mực nước ngầm

-

Kiểm sốt chuyển vị

-

Chống đỡ

-

Ứng dụng cho mơi trường

2.1.3. Ưu Điểm của Jet Grouting
-

Có thể sử dụng cho tất cả các loại đất, từ đất dính cho đến đất rời (Brill
2003, Choi 2005, Xanthakos et al. 1994).

-

Tất cả những công việc đều được thư hiện trên bề mặt của đất hiện
trường, cải thiện được nhiều vấn đề của đất: cường độ, thấm, độ chặt v.v.
(Brill 2003, Choi 2005)

-

Có thể tạo ra mọi hình dạng: cọc, tường chắn v.v. (Brill 2003)

-

Có thể tương tác tốt với móng của các cơng trình hiện hữu. (Brill 2003)

-

Có thể thi cơng trong khơng gian hẹp. (Brill 2003, Choi 2005)

-

Hạn chế rung động, tiếng ồn và chuyển vị của cơng trình hiện hữu khi thi
cơng. (Brill 2003, Choi 2005)

2.1.4. Nhược điểm của Jet Grouting

-

Quá trình thi cơng Jet Grouting khó kiểm sốt lượng bùn dư nên có thể
xN y ra hiện tượng phình trồi hoặc chuyển vị hơng. (Xanthakos et al. 1994)

-

Vẫn chưa có phương pháp xác định đường kính cọc tin cậy. (Xanthakos
et al. 1994, Croce & Flora 2000)


5
2.1.5. Nguyên lý hình thành cường độ soilcrete
Soilcrete là một hỗn hợp gồm đất vụn trộn với lượng xi măng và nước, các hạt
đất được liên kết với vữa xi măng. Tuy nhiên, khác với bê tông, các hạt đất này
khơng được hồn tồn bao bộc bởi vữa. Các hạt xi măng gắn các hạt xi măng liền
kề với nhau, làm cứng và hình thành bộ khung bao quanh các hạt đất. Cường độ của
cấu trúc soilcrete chủ yếu đạt được là do ba giai đoạn phản ứng như sau: (a) Phản
ứng thủy hóa của xi măng, (b) Phản ứng trao đổi ion, và (c) Phản ứng pozzolan.
(Tensar Corp 1998, Wang 2002, Bergado et al. 1996, và Kamruzzaman 2002)
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của soilcrete
(1). Cường độ của soilcrete chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi hàm lượng bụi và sét
trong đất nguyên thổ. Cường độ của soilcrete tăng dần theo thứ tự từ đất sét
cho tới sỏi. (Lurnadi 1997, Xanthakos et al. 1994, Burke 2004)
(2). Hàm lượng hữu cơ càng tăng thì cường độ của soilcrete càng giảm
(Kitazume & Terashi 2013, Axesson et al. 2002, Janz & Johansson 2002,
Huat et al. 2005), hàm lượng hữu cơ lớn hơn 2% ảnh hưởng rất lớn đến
cường độ của soilcrete (Tensar Corp. 1998)
(3). Cường độ của soilcrete chỉ hình thành và phát triển khi độ pH ít nhất là bằng
5. Khi độ pH lớn hơn 10 thì cường độ của soilcrete tăng đột biến. (Babasaki

et al. 1996 nguồn từ Kitazume & Terashi 2013, Shen et al. 2011)

(4). Cường độ của soilcrete phụ thuộc rất lớn vào loại xi măng dùng để gia cố.
Mỗi loại xi măng khác nhau thì thích hợp để gia cố cho mỗi loại đất khác
nhau. Cần thực hiện các thí nghiệm trong phịng để xác định ảnh hưởng của
xi măng đến sự phát triển cường độ của soilcrete. (Porbaha et al. 2000,
Kitazume & Terashi 2013)
(5). Cường độ của soilcrete chịu ảnh hưởng bởi tỷ lệ xi măng/nước (c/w). Cường
độ và thời gian hóa cứng tăng khi gia tăng tỷ lệ c/w. (Xanthakos et al. 1994
và Croce et al. 2014)
(6). Cường độ của soilcrete tăng theo thời gian bảo dưỡng. (Croce et al. 2014,
Kitazume & Terashi 2013, Tan et al. 2012, Porbaha et al. 2000)


6
2.2. Tổng quan về hiện tượng lún đường đầu cầu
Trong mạng lưới giao thông đường bộ, đường đắp đầu cầu là một trong những
hạng mục cơng trình quan trọng, địi hỏi có những nghiên cứu và xử lý bằng những
giải pháp kỹ thuật riêng biệt đáp ứng cácyêu cầu về cường độ, độ ổn định, sự êm
thuận, và thN m mỹ. Trên thực tế, những đoạn đường đầu cầu thường đắp cao và có
tiêu chuN n về độ lún thấp hơn độ lún cho phép của cơng trình cầu, dẫn đến khu vực
nền đường đầu cầu kém ổn định, đồng thời xN y ra sự lún không đều giữa bộ phận
nền đường và bộ phận cầu (Phan Quốc Bảo 2015)
2.2.1. Nguyên nhân
Sự cố kết của đất tự nhiên bên dưới nền đắp là một trong những nhân tố quan
trọng quyết định đến độ lún của đường dẫn vào cầu (Đỗ Thị Mỹ Chinh 2016). Độ
lún của đất nền sẽ xuất hiện ngay sau khi có tải trọng đất đắp tác dụng lên và sẽ tiếp
tục lún theo thời gian dài. Khi đất nền tự nhiên bên dưới là đất yếu, việc thi cơng
đoạn đường dẫn vào cầu sẽ có độ lún lớn hơn nền đắp thơng thường khác, địi hỏi
phải có các biện pháp xử lý tốn kém nhưng độ lún vẫn cứ tiếp diễn do quá trình cố

kết trong đất yếu (Phan Quốc Bảo 2013 và 2015, Nguyễn Thị Thu Hằng 2008).
Nguyên nhân là do:
-

Sự thiếu kinh nghiệm và bất cN n của các đơn vị khảo sát;

-

Phương pháp xử lý nền đất yếu không hiệu quả;

-

Không đủ thời gian đắp gia tải và thời hạn chờ lún.

2.2.2. Các giải pháp hiện nay
Cầu mới
Các giải pháp được thiết kế theo nguyên tắc thay thế hoặc cải thiện chỉ tiêu cơ lý
của lớp đất yếu hiện hữu (Phan Quốc Bảo 2015):
-

Đào thay đất;

-

Cải thiện chỉ tiêu cơ lý của đất bằng cọc đất gia cố xi măng;

-

Phun chất kết dính cải thiện các chỉ tiêu cơ lý của đất;

-

Tăng cường sức kháng cắt của đất bằng các lớp vải địa kỹ thuật;

-

Sử dụng hệ cọc đá ba lát;


7
Các giải pháp được thiết kế theo nguyên tắc sử dụng hệ cọc để truyền tải trọng
cơng trình xuống tầng đất có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn nằm sâu bên dưới (Phan Quốc
Bảo 2015):
-

Kết cấu sàn giảm tải;

-

Kết cầu móng cọc kết hợp vải địa kỹ thuật.

Các giải pháp thiết kế theo nguyên tắc cố kết trước
-

Sử dụng giếng cát kết hợp vời gia tải trước;

-

Sử dụng bấc thấm kết hợp với gia tải trước;

-

Giải pháp bơm hút chân không.

Một số giải pháp khác: (Phan Quốc Bảo 2015)
-

Sử dụng vật liệu nhẹ làm vật liệu đắp đường dẫn vào cầu;

-

Sử dụng giải pháp đất có cốt kết hợp với tường chắn;

-

Sử dụng kết cấu bản quá độ;

-

Các giải pháp kết hợp v.v.

Cầu trong quá trình khai thác
Theo quyết định 3095/QĐ-BGTVT 07/10/2013 có ba biện pháp khắc phục đối
với cầu đang trong quá trình khai thác như sau: bù lún, bơm vữa, và thay thế.

3. ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU
Những công trình cầu đã đưa vào sử dụng có hiện tượng lún tại vị trí tiếp giáp
giữa cầu và đường gây khó chịu cho người tham gia giao thơng, hư hỏng xe cộ, phá
hỏng hàng hóa, phát sinh tải trọng xung kích và trùng phục phụ thêm tác dụng lên
mố cầu. Đất yếu và biện pháp xử lý đất yếu không hiệu quả là nguyên nhân chủ yếu

của hiện tượng lún tại đường đầu cầu. Các biện pháp khắc phục hiện nay theo
3095/QĐ-BGTVT 07/10/2011 đối với cầu đang trong quá trình khai thác nhìn
chung chưa hiệu quả vì:
Với biện pháp bù lún: Chỉ là biện pháp tạm thời, chỉ giải quyết trước mắt
hiện tượng lún.


8
Với biện pháp bơm vữa: Chỉ khắc phục được hiện tượng “lỗ mọt” ở dưới bản
quá độ, không giải quyết được nguyên nhân lún do nền đất yếu ở bên dưới.
Với biện pháp thay thế: Là biện pháp tốn kém nhất và khi tiến hành thay thế
sẽ làm giao thông bị gián đoạn trong thời gian dài.
Jet Grouting là phương pháp gia cố đất bằng cách phun vữa xi măng với áp lực
và vận tốc cao để phá vỡ cấu trúc đất, trộn đất với xi măng tạo thành sản phN m gọi
là soilcrete có tính chất đặc biệt như cường độ cao và biến dạng thấp. Công nghệ Jet
Grouting có thể ứng dụng để gia cố đất với mục đích chuyển tải trọng móng từ lớp
đất yếu sang lớp đất có đủ khả năng chịu tải. Jet Grouting có ưu điểm là có thể xử lý
những lớp đất yếu sâu bên dưới mà không cần phải đào hay phá hủy lớp kết cấu bên
trên, có thể thi cơng ở khơng gian chật hẹp. Do đó, giao thơng khơng bị gián đoạn
khi thi công Jet Grouting. Tuy nhiên, Jet Grouting là công nghệ mới ở Việt Nam và
chưa được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực giao thơng. Vì vậy, việc ứng dụng công
nghệ này để xử lý lún ở đường đầu cầu tại cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh là một
bước đi tiên phong trong ngành, hứa hẹn mang lại giải pháp mới thực sự hiệu quả.

4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất giải pháp gia cố hiện tượng lún tại đường đầu
cầu cho cầu Tám Bang và cầu Vàm Định tỉnh Đồng Tháp bằng cơng nghệ Jet
Grouting. Mục tiêu cụ thể như sau:
a. Tìm hiểu về công nghệ Jet Grouting và hiện tượng lún tại đường đầu cầu.
b. Xác định bản chất lún tại đường đầu cầu tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm

Đinh.
c. Chế tạo các mẫu đất địa phương trộn với xi măng nhằm tìm ra phương án tối
ưu để tạo soilcrete đạt yêu cầu cho vị trí thử nghiệm.
d. Đánh giá ứng xử của soilcrete (cường độ, biến dạng) được tạo ra trong phịng
thí nghiệm.
e. Đề xuất phương án gia cố hiện tượng lún tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm
Đinh dựa trên các phân tích ứng xử của soilcrete được tạo ra trong phòng.