Nghiên cứu ứng dụng sàn giảm tải để xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.11 MB, 85 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------
--------
LƯ HỮU TÂN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN
LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU
CHUYÊN NGÀNH
: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ NGÀNH
: 60.58.61
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2013
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -TPHCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGs TS. VÕ PHÁN
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ............................................................
2. ............................................................
3. ............................................................
4. ............................................................
5. ............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA…………
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ Tên Học Viên
: LƯ HỮU TÂN
Ngày , tháng, năm sinh : 20/04/1986
MSHV : 11864449
Nơi sinh :T. Kiên Giang
Chuyên ngành
Mã số
: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
: 60.58.61
I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ
LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN LỆCH
GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN
LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH “ ĐƯỜNG NỐI
T.X VỊ THANH – TỈNH HẬU GIANG VỚI TP. CẦN THƠ
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO GIẢI TÍCH VÀ
MƠ PHỎNG
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
: Ngày ….... tháng …..… năm……….
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày ….... tháng …..… năm……….
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS VÕ PHÁN
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
PGs TS. VÕ PHÁN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
PGs TS. VÕ PHÁN
TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin được cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ mơn địa cơ nền móng, q Thầy
Cơ đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu và sâu sắc trong 3 học kỳ qua.
Tôi xin chân thành cám ơn Thầy PGs Ts. Võ Phán, người Thầy đã tận tình
hướng dẫn, giúp tơi đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hổ trợ nhiều tài liệu, kiến thức
quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn các Thầy Gs.Ts. Châu Ngọc Ẩn, Ts
Lê Bá Vinh, Ts. Bùi Trường Sơn, Ts. Nguyễn Minh Tâm, Ts. Lê Trọng Nghĩa,
PGs Ts. Trần Xuân Thọ, Ts. Trần Tuấn Anh đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề,
đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập và nghiên cứu khoa học, luôn tận tâm giảng
dạy và cung cấp cho tôi nhiều tư liệu cần thiết.
Xin chân thành – cám ơn các Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng
Quản lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tơi trong suốt q trình học tập.
Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lịng biết ơn sâu sắc.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013
Học viên thực hiện
Lư Hữu Tân
TÓM TẮT
Trong những năm gần đây xây dựng cơ sở hạ tầng để thúc đẩy phát triển
kinh tế đang được triển khai mạnh mẽ, việc nâng cấp cơng trình cầu phù hợp với
tĩnh không thuyền là vấn đề thiết yếu, kéo theo việc phải đắp cao trên các tuyến
đường dẫn vào cầu dẫn đến nền đất bị mất ổn định, biến dạng. Đặc biệt là vị trí tiếp
giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu xảy ra độ lún không đều phá hoại bề mặt
đường làm biến dạng công trình.
Sàn giảm tải trên hệ cọc bê tơng cốt thép là một giải pháp xử lý lún lệch
đường dẫn vào cầu và mố cầu mang lại hiệu quả ổn định lâu dài, độ tin cậy cao đối
với các cơng trình có chiều cao đắp lớn.
Đề tài nghiên cứu khả năng làm việc của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt
thép, sự thay đổi khoảng cách cọc, chiều dài cọc theo chiều cao đắp. Phần tính tốn
áp dụng thực tế đối với nền đường dẫn vào cầu Xà No thuộc dự án “ Đường nối thị
xã Vị Thanh – tỉnh Hậu Giang với thành phố Cần Thơ” .Đồng thời dựa trên phương
pháp phần tử hữu hạn tính tốn, kiểm tra mô phỏng Sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông
cốt thép.
ABSTRACT
In recent years, the infrastructure is considered as an important motivation to
develop the economic. Therefore, the improvement of bridge which is suitable with
boat clearance is essential issue. However, the increasing of filling amount of
approach leads to soil instability, deformation. Especially, the line between
approach to bridge and abutment can demolish surface of road and make differential
settlement. More seriously, this influence can lead to excessive deflection of surface
of road.
Piled raft foundation on reinforced concrete pile system is a method to solve
the deflective settlement of approach to the bridge and abutments more effectively
sustainably and reliably to the height of filling
This research is to evaluate the working ability of reducing load of floor on
the system of reinforced concrete piles, changing spindles distance and the length of
pile of filling. In this research, it is possible to apply into approach to Xa Bo Bridge
which is a part of the project of approach to bridge from Vi Thanh city- Hau Giang
province to Can Tho city. Also, because of the the finite element method
calculation, it is analysed the model of reducing load of floor on the system of
reinforced concrete piles.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tơi thực hiện, các
số liệu, hình ảnh và biểu đồ trong đề tài đều là chân thực khơng trùng lắp với bất kỳ
cơng trình nghiên cứu nào trước đây. Các biểu đồ, số liệu tài liệu tham khảo đều
được trích dẫn, chú thích nguồn thu thập chính xác và rõ ràng.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013
Lư Hữu Tân
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ........................................................................ 1
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................................................. 2
4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài................................................... 2
5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ......................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN LỆCH
GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU .................................................. 3
1.1 Tổng quan ..................................................................................................... 3
1.2 Giải pháp Sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu ............. 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN
LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU .................................... 12
2.1 Cơ sở lý thuyết về cọc BTCT ...................................................................... 12
2.1.1 Sức chịu tải của cọc đơn ....................................................................... 13
2.1.1.1 Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu ................................. 13
2.1.1.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền. .................................. 14
2.1.1.3 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên hiện trường .... 17
2.1.2 Xác định số lượng cọc .......................................................................... 22
2.1.3 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc ....................................................... 22
2.1.4 Ước lượng độ lún của móng cọc ........................................................... 22
2.1.5 Độ lún của móng cọc đài bè.................................................................. 24
2.2 Cơ sở lý thuyết sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu ... 25
2.2.1 Lý thuyết cơ bản về xử lý lún lệch. ....................................................... 25
2.2.2 Xác định chiều dài cần thiết và độ dốc dọc của đường dẫn vào cầu ...... 27
2.2.3 Tính tốn độ lún của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép.............. 29
2.3 Nhận xét ...................................................................................................... 30
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH “ ĐƯỜNG
NỐI T.X VỊ THANH – TỈNH HẬU GIANG VỚI THÀNH PHỐ CẦN THƠ .. 32
3.1 Tổng quan về cầu Xà No ............................................................................. 32
3.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................... 32
3.1.2 Đặc điểm bố trí cơng trình .................................................................... 33
3.1.2.1 Địa hình ........................................................................................ 33
3.1.2.2 Địa chất ......................................................................................... 33
3.1.2.3 Thuỷ văn ....................................................................................... 37
3.2 Biện pháp xử lý nền đường dẫn vào cầu ...................................................... 37
3.3 Xác định độ lún của mố cầu ......................................................................... 38
3.3.1 Số liệu tính tốn ................................................................................... 38
3.3.2 Độ lún mố cầu ...................................................................................... 40
3.4 Phân tích nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng sàn giảm tải
trên nền cọc BTCT theo phương pháp giải tích.................................................. 42
3.4.1 Số liệu tính tốn (tính cho trường hợp đắp cao 4.9 m vị trí giáp mố cầu)42
3.4.2 Độ lún của hệ cọc dưới sàn giảm tải. .................................................... 44
3.5 Phân tích nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng sàn giảm tải
trên nền cọc BTCT theo phương pháp phần tử hữu hạn ..................................... 49
3.5.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ........................... 49
3.5.2 Trình tự phân tích bài tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)50
3.5.3 Mơ hình phần tử hữu hạn...................................................................... 50
3.5.3.1 Các mơ hình vật liệu ...................................................................... 51
3.5.3.2 Mơ hình tính tốn .......................................................................... 51
3.5.3.3 Đặc trưng vật liệu .......................................................................... 51
3.5.3.4 Mơ tả các trường hợp phân tích ..................................................... 54
3.5.3.5 Kết quả tính tốn ........................................................................... 54
3.6 Nhận xét ...................................................................................................... 61
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN THEO GIẢI TÍCH VÀ
MƠ PHỎNG ........................................................................................................ 62
4.1 Phân tích kết quả theo giải tích .................................................................... 62
4.2 Phân tích kết quả theo mô phỏng ................................................................. 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 69
HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1 Mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu ................................................ 5
Hình 1.2 Mặt cắt dọc đường dẫn được xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc ............ 5
Hình 1.3 Đường dẫn vào Cầu Gạch Ngỗng sau khi xây dựng xong........................ 6
Hình 1.4 Vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu được xử lý tốt bằng
sàn giảm tải trên hệ cọc bê tơng cốt thép ................................................... 6
Hình 1.5 Đường dẫn vào cầu Cái Răng xử lý tốt bằng sàn giảm tải với chiều cao
đắp rất cao ................................................................................................ 7
Hình 1.6 Đường dẫn vào cầu Mỹ Thuận khi mới thi công xong ............................. 7
Hình 1.7 Đường dẫn vào cầu Cần Thơ ................................................................. 8
Hình 1.8 Đường dẫn vào cầu Xà No xử lý tốt bằng sàn giảm tải ............................ 9
Hình 1.9 Thi cơng đóng cọc sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu .......................... 9
Hình 1.10 Thi cơng Sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu....................................... 10
Hình 1.11 Đường dẫn vào cầu Bình Triệu 2 bị hư hỏng ......................................... 10
Hình 1.12 Đường dẫn vào cầu Phú Mỹ bị hư hỏng ................................................ 11
Hình 2.1 Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp.................................... 22
Hình 2.2 Xác định vùng nền để tính lún móng cọc dưới đáy móng ...................... 24
Hình 2.3 Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu ............................................................. 25
Hình 2.4 Sơ đồ tính lún của hệ cọc dưới sàn giảm tải........................................... 30
Hình 3.1 Mặt cắt ngang mố cầu và dầm cầu SuperT ............................................. 39
Hình 3.2 Mặt bằng móng cọc mố cầu .................................................................. 40
Hình 3.3 Sơ đồ tính lún mố cầu ........................................................................... 42
Hình 3.4 Mặt cắt ngang cọc và Mặt bằng sàn giảm tải ........................................ 44
Hình 3.5 Mơ hình tính tốn mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu ...................... 51
Hình 3.6 Kết quả mơ phỏng bài tốn trong Plaxis 2D .......................................... 53
Hình 3.7 Trình tự mơ phỏng qui trình thi cơng trong Plaxis 2D ........................... 53
Hình 3.8 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải........................................ 54
Hình 3.9 Phân bố ứng suất trong nền móng cơng trình......................................... 55
Hình 3.10 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất ............................................ 55
Hình 3.11 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải........................................ 56
Hình 3.12 Phân bố ứng suất trong nền móng cơng trình......................................... 56
Hình 3.13 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất ............................................ 57
Hình 3.14 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải........................................ 57
Hình 3.15 Phân bố ứng suất trong nền móng cơng trình......................................... 58
Hình 3.16 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất ............................................ 58
Hình 3.17 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải........................................ 59
Hình 3.18 Phân bố ứng suất trong nền móng cơng trình......................................... 59
Hình 3.19 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất ............................................ 60
Hình 3.20 Biểu đồ so sánh độ lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu ................... 62
Hình 3.21 Biểu đồ hệ số ổn định trong các trường hợp .......................................... 63
Hình 3.22 Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong các trường hợp tại điểm E .......... 63
Hình 3.23 Biểu đồ so sánh chuyển vị theo thời gian trong các trường hợp tại A .... 64
Hình 3.24 Biểu đồ so sánh quan hệ ứng suất và biến dạng trong các trường hợp tại
F ........................................................................................................... 64
Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ giữa áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị tại điểm A ....... 65
Hình 3.26 Biểu đồ so sánh độ lún của các trường hợp............................................ 66
BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Cấp độ bền tối thiểu của bê tông làm cọc ................................................ 13
Bảng 2.2 Hệ số uốn dọc ϕ..................................................................................... 14
Bảng 2.3: Hệ số ϕ theo Jacobson .......................................................................... 14
Bảng 2.4 Bảng xác định hệ số kc và α theo loại đất .............................................. 18
Bảng 2.5 Xác định hệ số ktc ................................................................................... 20
Bảng 2.6 Bảng xác định hệ số M ........................................................................... 20
Bảng 2.7 Năng lượng tính tốn Θ p của búa ............................................................ 21
Bảng 2.8 Năng lượng tính tốn Θ p của búa rung .................................................... 21
Bảng 2.9 Xác định trị số k ................................................................................... 25
Bảng 2.10 Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường TCVN 4054:2005 28
Bảng 2.11 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc ............................................................. 29
Bảng 2.12 Độ dốc ngang các yếu tố mặt cắt ngang ............................................... 29
Bảng 3.1 Thí nghiệm 35 mẫu đất trong lớp 2, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng .................. 33
Bảng 3.2 Thí nghiệm 21 mẫu đất trong lớp 3, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng ................... 34
Bảng 3.3 Thí nghiệm 16 mẫu đất trong lớp 4, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng ................... 35
Bảng 3.4 Thí nghiệm 09 mẫu đất trong lớp 5, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng ................... 36
Bảng 3.5 Thí nghiệm 25 mẫu đất trong lớp 6, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng ................... 37
Bảng 3.6 Bảng tính tốn độ lún của mố cầu theo tổng phân tố ............................... 41
Bảng 3.7 Bảng tính tốn ma sát bên đơn vị ........................................................... 45
Bảng 3.8 Bảng tính tốn độ lún của hệ cọc dưới sàn giảm tải cầu theo tổng phân tố48
Bảng 3.9 Các thơng số vật liệu của mơ hình Plaxis ................................................ 52
Bảng 3.10 Thơng số tính tốn cọc bê tơng cốt thép ................................................ 52
Bảng 3.11 Ghi chú các trường hợp ........................................................................ 60
Bảng 3.12 Tổng hợp kết quả các trường hợp tính toán ........................................... 61
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TTGH I
:
Trạng thái giới hạn I
TTGH II
:
Trạng thái giới hạn II
QVL (kN)
:
Sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu
Rb (kN/m2) :
Cường độ chịu nén của bê tông
Rs (kN/m2) :
Cường độ chịu nén của cốt thép
Ab (m2)
:
Diện tích của tiết diện ngang của bê tơng trong cọc
As (m2)
:
Diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong cọc
ϕ
:
Hệ số uốn dọc của cọc
λ
:
Độ mảnh của cọc
r (m)
:
Bán kính của cọc trịn hoặc cạnh cọc vng
b (m)
:
Bề rộng của tiết diện chữ nhật
l0 (m)
:
Chiều dài tính toán của cọc
l1 (m)
:
Chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đất
Qa (kN)
:
Sức chịu tải cho phép tính toán
Qtc (kN)
:
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc
ktc
:
Hệ số an toàn
:
Cường độ đất nền dưới mũi cọc
2
qp (kN/m )
fs (kN/m2) :
Lực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc
m
:
Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1.0
mR , mf
:
Hệ số điều kiện làm việc của đất
Qu (kN)
:
Sức chịu tải cực hạn của cọc
Qs (kN)
:
Sức chịu tải cực hạn do ma sát
Qp (kN)
:
Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi
FS s
:
Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên.
FS p
:
Hệ số an toàn cho sức kháng mũi cọc
fsi (kN/m2)
:
Lực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên cọc
li (m)
:
Chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua
:
Lực dính giữa thân cọc và đất
2
caiI (kN/m )
ϕ aiI (0)
:
σ hi' (kN/m2) :
:
k si
Góc ma sát giữa cọc và đất nền
Ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ I theo phương ngang
Hệ số áp lực ngang
2
σ vi' (kN/m ) :
Ứng suất hữu hiệu giưa lớp đất thứ Ii theo phương đứng
γ ' (kN/m3) :
Trọng lượng riêng hữu hiệu của đất
Ap (m2)
:
Diện tích tiết diện ngang mũi cọc
:
Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc
:
Hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào gốc ma sát của đất dưới
2
q p (kN/m )
Nc ; N q ; Nγ
mũi cọc
d (m)
:
Cạnh cọc vng hoặc đường kính của cọc trịn
α
:
Hệ số phụ thuộc vào cọc hình dạng cọc
γ (kN/m )
:
Trọng lượng thể tích trung bình của đất tự nhiên
Kc
:
Hệ số mang tải
3
2
qc (kN/m ) :
Sức chống xuyên trung bình
u (m)
:
Chu vi tiết diện cọc
N
:
Chỉ số SPT trung bình
Ns
:
Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời
Nc
:
Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất dính
Ls (m)
:
Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời
Lc (m)
:
Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính
Wp (kN)
:
Hiệu số trọng lượng cọc và trọng lượng đất
Ntb
:
Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời
Asb (m2)
:
Diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời
K1 , K2
:
Hệ số
Fs
:
Hệ số an toàn
kd
:
Hệ số an tồn theo đất
Ptbtc (kN)
:
Áp lực trung bình tiêu chuẩn dưới đáy móng khối quy ước
Pmtcax (kN)
:
Áp lực lớn nhất dưới móng khối quy ước
tc
(kN)
Pmin
:
Áp lực nhỏ nhất dưới đáy móng khối quy ước
k
:
Hiêu suất cơ học của búa đóng cọc.
Wc (kN)
:
Ttrọng lượng của cọc
W (kN)
:
Trọng lượng của búa đóng
h (m)
:
Chiều cao rơi búa
e
:
Hệ số phục hồi
ef (m)
:
độ lún của cọc dưới một nhát búa khi thí nghiệm
c1 ,c2 (m)
:
Biến dạng đàn hồi của cọc
c3 (m)
:
Biến dạng của đất nên
E (kN/m2)
:
Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc
S (m)
:
Độ lún
[S]gh (m)
:
Độ lún giới hạn
∆S (m)
:
Chênh lệch lún
i
:
Độ dốc dọc thiết kế
La (m)
:
Chiều dài đoạn đường dẫn thiết kế
BTCT
:
Bê tông cốt thép
PTHH
:
Phần tử hữu hạn
nc
:
Số lượng cọc
β
:
Hệ số xét đến mô ment và lực ngang
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
- Việc xây dựng cơng trình trên nền đất yếu là một thách thức, khó khăn lớn
địi hỏi phải có những chun gia về địa kỹ thuật. Đặc biệt là đối với các cơng trình
chịu tải trọng lớn, tải trọng động như cơng trình Giao thơng, cơng trình Cảng, và
các cơng trình bến bãi, kho xưởng….
- Do vậy, để đánh giá mức độ ổn định và đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài
của cơng trình, việc xử lý nền đất yếu dưới cơng trình là vấn đề cấp thiết hiện nay.
- Đối với các cơng trình xây trên nền đất yếu, việc ước lượng độ lún theo thời
gian đóng vai trị rất quan trọng. Hầu hết các cơng trình xây dựng thực tế như đường
dẫn vào cầu, đường, kho , bãi…. sau thời gian san lấp và sử dụng, do quá trình cố
kết thấm, cơng trình bị lún theo thời gian và bị biến dạng. Đặc biệt là vị trí đường
dẫn vào cầu và mố cầu xảy ra độ lún không đồng đều có thể dẫn đến phá hoại điều
kiện làm việc, gây nguy hiểm cho cơng trình và người tham gia giao thơng..
- Có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu như cọc cát, bấc thấm, cọc đất
trộn xi măng, cọc bê tông,….Một trong những biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới
cơng trình đường dẫn vào cầu là giải pháp dùng sàn giảm tải để xử lý lún lệch giữa
đường dẫn vào cầu và mố cầu. Đây là biện pháp có nhiều ưu điểm so với các biện
pháp khác như giảm thời gian thi công, ổn định lâu dài, ổn định bề mặt đường
nhưng tốn kém về kinh phí.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến sự chênh lệch lún giữa đường dẫn
vào cầu và mố cầu.
- Nghiên cứu độ lún của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép bằng độ
lún của mố cầu từ đó đưa ra được các lựa chọn thích hợp để thiết kế và ước lượng
độ lún của nền đường dẫn theo thời gian.
- Nghiên cứu khoảng cách cọc và chiều dài cọc bê tông cốt thép của sàn giảm
tải trên hệ cọc dựa vào chiều cao đắp.
2
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
- Phân tích Cơ sở lý thuyết, đánh giá về phương pháp sàn giảm tải trên hệ
cọc, ứng dụng tính tốn bằng phân mềm và áp dụng bài tốn thực tế cho cơng trình
đường dẫn vào cầu thuộc Dự án “ Đường nối Thị Xã Vị Thanh – Tỉnh Hậu Giang
với Thành phố Cần Thơ”.
- Phân tích mơ phỏng cơng trình bằng phần mềm.
4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
- Ứng dụng giải pháp Sàn giảm tải để ổn định nền đường, giảm tải trọng
cơng trình tác dụng lên nền đất yếu. Ổn định bề mặt đường tạo thuận lợi cho
phương tiện lưu thông dễ dàng.
- Thiết lập các biểu đồ liên hệ giữa các yếu tố liên quan tạo cơ sở cho việc
thiết kế, kiểm tra đối với các cơng trình tương tự
- Khắc phục được sự chênh lệch lún giữa nền đường hai đầu cầu và mố cấu
bằng giải pháp hợp lý mang lại hiệu quả ổn định lâu dài, kinh tế so với các phương
pháp xử lý khác hiện nay.
5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu đến trường hợp tải trọng tĩnh, chưa xét đến
trường hợp động đất và các yếu tố chất lượng của cọc Bê tơng cốt thép.
- Áp dụng tính tốn cho nền đường hai đầu cầu.
- Thời gian nghiên cứu đề tài còn ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm còn
nhiều hạn chế.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN LỆCH
GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU
1.1 Tổng quan
Nền đắp là một trong những loại cơng trình phổ biến mà ta thường gặp, khối
lượng đất đắp cao là một trong những ngun nhân gây lún ở các cơng trình, đặc
biệt là những cơng trình trên nền đất yếu. Do những thiếu sót của cơng tác khảo sát,
thiết kế hoặc thi công dẫn tới nền đường thường xuyên bị hư hỏng ngay trong giai
đoạn thi công và sau khi xây dựng cơng trình hoặc đã đưa nó vào sử dụng
Hiện nay hiện tượng lún lệch nền đường dẫn vào cầu và mố cầu gần như xuất
hiện ở tất cả các cơng trình cầu trên nền đất yếu. Và việc xử lý hậu quả do những hư
hỏng vì nền đường đắp bị biến dạng khơng kiểm sốt được thường rất phức tạp và
tốn kém, và đơi khi cịn gây ra những hậu quả không mong muốn
Trong khu vực đồng bằng Sông Cửu Long đã xây dựng nhiều cầu phục vụ
nhu cầu qua lại của người dân trong vùng và phát triển kinh tế khu vực. Gần như
tồn bộ cơng trình cầu trong khu vực này là xây dựng trên nền đất yếu. Đặc điểm
của nền đất yếu là khả năng chịu tải của đất nền thấp, biến dạng lớn và kéo dài, sức
chống cắt bé, độ nén lún lớn... Do đó các cầu thường xuyên phải duy tu đắp bù lún
hằng năm gây tốn kém kinh phí.
* Một số nguyên nhân gây lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu:
- Do nền đất đắp cao trên nền đất yếu.
- Do tài liệu khảo sát địa chất cơng trình khơng chính xác
+ Phương pháp thí nghiệm hiện trường khơng phù hợp.
+ Phương pháp lấy mẫu không đúng chuẩn, mẫu không cịn ngun dạng
+ Phương pháp thí nghiệm trong phịng.
+ Dụng cụ thí nghiệm khơng đạt tiêu chuẩn
+ Trình độ của cán bộ thí nghiệm
- Do nhà thầu tư vấn
4
+ Chủ quan trong cơng tác thiết kế, khơng tính tốn giải pháp thiết kế cụ
thể cho từng cơng trình.
+ Trình độ cán bộ tư vấn cịn non yếu, khơng đủ khả năng đánh giá đúng
bản chất hoạt động của nền đường làm cho giải pháp thiết kế không phù hợp.
- Do nguồn vốn hạn hẹp
- Do nhà thầu thi công xây dựng
+ Không đáp ứng yêu cầu của đồ án thiết kế đã được cơ quan có thẩm
quyền phê duyệt
+ Khơng tn thủ qui trình thi cơng nghiêm ngặt
+ Trình độ cán bộ kỹ thuật cịn kém.[1]
* Một số giải pháp thông dụng để xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và
mố cầu
- Bơm hút chân không gia tải trước
- Giếng cát gia tải trước
- Bấc thấm gia tải trước
- Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi
- Cọc bê tông cốt thép kết hợp với vải địa kỹ thuật
- Sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép
1.2 Giải pháp Sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu
Đoạn nền đường dẫn vào cầu thường đắp cao hơn nhiều so với các đoạn đắp
của nền đường, nhưng chiều dài ngắn nên phải sử dụng những biện pháp xử lý nền
phức tạp hơn để đảm bảo tính ổn định và tính lún cho nền đường, giảm hư hỏng cho
nền. Đối với nền đường dẫn vào cầu có chiều cao đắp cao thì dùng giải pháp sàn
giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép, với chiều cao đắp thấp có thể sử dụng các
phương pháp khác như: bấc thấm kết hợp gia tải trước, cọc xi măng đất kết hợp vải
địa kỹ thuật,… Tuỳ theo chiều cao đắp và địa chất cơng trình mà ta có những biện
pháp xử lý nền thích hợp.
Sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc bê tơng cốt thép:
Đối với các cơng trình có tải trọng đắp lớn thì việc sử dụng sàn giảm tải là
biện pháp thích hợp để giảm sự chênh lệch lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu,
5
tăng tính ổn định cho cơng trình, giảm sự phá hoại kết cấu áo đường, tạo sự thoải
mái khi lưu thông xe trên đường.
Đặc điểm của giải pháp này là thiết kế cọc với cao độ mũi cọc thay đổi dọc
theo chiều dài đường dẫn, mũi cọc sâu nhất tại vị trí sát mố cầu và mũi cọc cao nhất
tại vị trí nối tiếp với nền đường hoặc thay đổi khoảng cách cọc, làm cho khả năng
chịu tải cọc giảm dần làm cho độ lún của nền đường thay đổi theo đường dẫn.
Hình 1.1 Mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu
Hình 1.2 Mặt cắt dọc đường dẫn được xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc
Ưu điểm:
- Công trình có chiều sâu lớp đất yếu dưới nền thiên nhiên lớn
- Độ tin cậy cao, ổn định lâu dài.
- Biện pháp thi công đơn giản, rút ngắn được thời gian xử lý nền
- Khắc phục được sự biến dạng lún tổng thể và giảm biến dạng lún không
đồng đều của đất nền, ổn định trượt ngang.
- Cơng nghiệp hố trong việc chế tạo và thi công cọc.
Nhược điểm:
- Chi phí tương đối cao
6
* Một số cơng trình xây dựng nền đường dẫn vào cầu tại khu vực Đồng
Bằng Sông Cửu Long
- Công trình cầu Cái Răng, cầu Đầu Sấu: cơng trình nằm trên tuyến Quốc lộ
1A và , cầu Gạch Ngỗng thuộc địa bàn thành phố Cần Thơ.
Hình 1.3 Đường dẫn vào Cầu Gạch Ngỗng sau khi xây dựng xong
Hình 1.4 Vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu được xử lý tốt bằng sàn
giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép
7
Hình 1.5 Đường dẫn vào cầu Cái Răng xử lý tốt bằng sàn giảm tải với chiều cao đắp
rất cao
- Cầu Mỹ Thuận : thuộc địa bàn tỉnh Vĩnh Long và tỉnh Tiền Giang, nằm trên
Quốc lộ 1A, được xây dựng qua sơng Tiền, Cầu có chiều dài L=1535m, khổ cầu
24m, chiều dài đường dẫn thiết kế khoảng 160m. Theo số liệu quan trắc lún hiện
nay mức độ lún lệch đường dẫn đầu cầu khơng đáng kể.
Hình 1.6 Đường dẫn vào cầu Mỹ Thuận khi mới thi công xong
8
- Cơng trình Cầu Cần Thơ : Cầu bắc qua Sông Hậu nối thành phố Cần Thơ
và tỉnh Vĩnh Long, là cầu dây văng có nhiều chính dài nhất tại khu vực Đơng Nam
Á. Cầu có chiều dài 2750m ( tồn tuyến 15850m) , khổ cầu rộng 23.1m trong đó có
bốn làn xe và hai lề bộ hành.
Hình 1.7 Đường dẫn vào cầu Cần Thơ
- Cơng trình Cầu Xà No: trên tuyến đường nối TX Vị thanh – Cần Thơ với
đường tỉnh 933 đi Kiên Giang. Phần cầu chính với tổng chiều dài là 347,52m , với
sàn giảm tải có chiều dài 50m mỗi bên. Bề rộng toàn cầu là 39,5m.
9
Hình 1.8 Đường dẫn vào cầu Xà No xử lý tốt bằng sàn giảm tải
Hình 1.9 Thi cơng đóng cọc sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu
10
Hình 1.10 Thi cơng Sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu
* Bên cạnh những cơng trình xây dựng thành cơng đường dẫn vào cầu thì có
một số cơng trình xây dựng không thành công đường dẫn vào cầu bị lún
- Cầu Bình Triệu 2:
Hình 1.11 Đường dẫn vào cầu Bình Triệu 2 bị hư hỏng
- Cầu Phú Mỹ: là cầu dây văng bắc qua sơng Sài Gịn nối Quận 2 và Quận 7 ,
khổ cầu rộng 27.5m , được đưa vào sử dụng năm 2009, hiện đường dẫn vào cầu bị
hư hỏng
