Phân tích ổn định, biến dạng và các giải pháp xử lý trụ t5 cầu rạch lá cần giờ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG
VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRỤ T5
CẦU RẠCH LÁ – CẦN GIỜ.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2007


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN XUÂN THỌ

Cán bộ chấm nhận xét 1:………………………………………………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2:………………………………………………………………………………

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……….tháng……….năm 2007


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------------------

Tp.HCM ngày……….tháng……….năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Đinh Hoài Luân
Ngày, tháng, năm sinh: 16/02/1979
Chuyên ngành: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

Phái: Nam
Nơi sinh: Vónh Long
MSHV: 00904251

I. TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ
LÝ TRỤ T5 CẦU RẠCH LÁ – CẦN GIỜ.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ:
Phân tích ổn định, biến dạng và các giải pháp xử lý trụ T5 cầu Rạch Lá – Cần
Giờ.
2. Nội dung:
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan về những vấn đề ổn định trụ cầu trong đất yếu.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết phân tích và tính toán ổn định và biến dạng trụ cầu bê
tông cốt thép.
Chương 4: Phân tích và tính toán ổn định, biến dạng và các giải pháp xử lý trụ

T5 – cầu Rạch Lá.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/07/2006
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/03/2007
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN XUÂN THỌ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. TRẦN XUÂN THỌ

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua
Ngày……….tháng……….năm 2006
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


Lời cảm ơn
Luận văn thạc só này được hoàn thành là nhờ vào những
kiến thức mà các thầy cô đã truyền đạt cho em trong suốt quá
trình theo học lớp cao học “Công trình trên đất yếu”. Em xin
chân thành cảm ơn tất cả các q thầy cô đã giảng dạy và chỉ bảo
cho em những kiến thức bổ ích là hành trang phục vụ cho công
tác của em sau này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Trần
Xuân Thọ, giảng viên đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung
cấp cho em những tài liệu hết sức q báo giúp em hoàn thành
luận văn thạc só này.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè
đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như
thực hiện luận văn này.
TP Hồ Chú Minh tháng 03 năm 2007
Học viên

Đinh Hoài Luân


Tóm tắt luận văn

Hiện nay, khi xây dựng công trình trên đất yếu thường
hay xảy ra các sự cố không mong muốn liên quan đến vấn đề
ổn định và biến dạng của công trình. Việc khắc phục các sự
cố này gặp rất nhiều khó khăn, tốn kém và làm ảnh hưởng
đến tiến độ thi công công trình. Sự cố xảy ra tại cầu Rạch
Lá, huyện Cần Giờ, Thành Phố Hồ Chí Minh là một trong
những sự cố thường gặp khi xây dựng cầu trong đất yếu (nền
bị mất ổn định và các cấu kiện công trình bị chuyển vị vượt
quá giới hạn). Đề tài “Phân tích ổn định, biến dạng và các
giải pháp xử lý trụ T5 cầu Rạch Lá – Cần Giờ” phần nào
giải quyết các vấn đề còn tồn tại của các sự cố nêu trên.


Abstract

Nowadays, construction of structures on soft soils often faces
with unexpected stability and deformation problems. Remedial
works for those problems are often very difficult, costly and slow
down project’s schedule. Failure of Rach La bridge, Can Gio

district, Ho Chi Minh city is one typical incident happened in
construction of bridge (instability of foundation and large
deformation of bridge’s structural elements). The thesis “Stability
and deformation analysis and remedial solutions for pier T5 of
Rach La bridge, Can Gio” shall solved in some extent the existing
problems of those failures.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tổng quan.........................................................................................................1
1.2 Ý nghóa khoa học của đề tài .............................................................................2
1.3 Mục đích nghiên cứu ........................................................................................2
1.4 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................3
1.5 Hạn chế của đề tài ...........................................................................................3
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TRỤ CẦU TRONG ĐẤT YẾU
2.1 Tổng quan về mố trụ cầu trong đất yếu ...........................................................4
2.2 Mất ổn định của trụ cầu trong đất yếu .............................................................5
2.2.1 Mất ổn định trượt ...........................................................................................5
2.2.2 Mất ổn định do biến dạng .............................................................................5
2.3 Một số sự cố gặp phải khi xây dựng cầu trong đất yếu ...................................6
2.3.1 Sự cố cầu và hầm chui Văn Thánh 2 ............................................................6
2.3.2 Sự cố nghiêng và gẫy cọc trong khi thi công móng trụ cầu ..........................8
2.3.3 Sự cố cầu Rạch Lá – Cần Giờ.....................................................................10
2.4 Nguyên nhân và giải pháp khắc phục ............................................................14
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH
VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRỤ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
3.1 Tổng quan.......................................................................................................15
3.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp giải tích .....................................................16
3.2.1 Lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc BTCT...........................................16

3.2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu...............................................16
3.2.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền ...............................................17
3.2.2 Kiểm tra ổn định móng cọc BTCT ..............................................................21
3.2.2.1 Sức chịu tải của móng cọc BTCT.............................................................21
3.2.2.2 Ổn định móng cọc BTCT .........................................................................22
3.2.2.3 Ổn định trượt trong điều kiện tự nhiên .....................................................25


3.2.3 Biến dạng của cọc trong móng cọc BTCT ..................................................30
3.2.3.1 Lún của một cọc riêng lẻ .........................................................................30
3.2.3.2 Chuyển vị ngang cọc ................................................................................32
3.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn ........................................34
3.3.1 Giới thiệu .....................................................................................................34
3.3.2 Các thông số chính trong mô hình cơ bản của đất nền ...............................35
3.3.3 Mô hình Mohr – Coulomb...........................................................................36
3.3.3.1 Ứng xử đàn dẻo thuần túy ........................................................................37
3.3.3.2 Công thức tính toán của mô hình Mohr – Coulomb .................................38
3.3.3.3 Các thông số cơ bản của mô hình Mohr – Coulomb ................................40
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ
CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRỤ T5 – CẦU RẠCH LÁ
4.1 Tổng quan.......................................................................................................43
4.2 Mô tả công trình .............................................................................................43
4.2.1 Mô tả chung.................................................................................................43
4.2.2 Sự cố tại trụ T5............................................................................................45
4.2.3 Địa chất công trình tại trụ T5 ......................................................................46
4.3 Tính toán ổn định và biến dạng trụ T5 bằng phương pháp giải tích ..............49
4.3.1 Tính toán sức chịu tải cọc ............................................................................49
4.3.1.1 Theo vật liệu làm cọc ...............................................................................49
4.3.1.2 Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền ...............................................50
4.3.2 Biến dạng đất nền dưới mũi cọc – độ lún của một cọc riêng lẻ .................52

4.3.3 Ổn định mái dốc lòng sông .........................................................................54
4.3.3.1 Giới thiệu ..................................................................................................54
4.3.3.2 Mô hình bài toán cho mái dốc tự nhiên ...................................................55
4.4 Mô phỏng bài toán bằng phần mềm Plaxis 3D Tunnel version 1.2...............59
4.4.1 Các thông số đầu vào của mô hình Mohr – Coulomb.................................59


4.4.2 Mô hình và các bước tính toán ....................................................................61
4.4.3 Ba bài toán theo các giai đoạn thi công ......................................................62
4.4.3.1 Thi công cọc đóng + tải trọng phụ + hạ mực nước thủy triều ..................62
4.4.3.2 Khắc phục bằng cọc đóng ........................................................................71
4.4.3.3 Khắc phục bằng cọc khoan nhồi ..............................................................75
4.4.3.4 Chuyển vị cọc theo các bước thi công......................................................78
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Một số kết luận khi giải bài toán bằng phần mềm Plaxis .............................79
5.2 Đề xuất phương án xử lý ................................................................................80
5.3 Kiến nghị phương hướng nghiên cứu tiếp theo ..............................................80
Tài liệu tham khảo ..............................................................................................81
Tóm tắt lý lịch học viên


1

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU

1.1 Tổng quan:
Sự cố công trình được hiểu là những hiện tượng kỹ thuật xảy ra đối với
công trình trong quá trình xây dựng hoặc quá trình khai thác, làm cho công trình
không thể được tiếp tục xây dựng hoặc khai thác bình thường. Sự cố công trình

thường là biểu hiện của một hoặc một vài trạng thái làm việc nào đó của công
trình hay bộ phận công trình đang xây dựng hoặc các công trình phụ trợ, và các
trạng thái làm việc đó đã vượt quá giới hạn cho phép (không kể đến những phá
hủy công trình do thiên tai). [8]
Trong thực tế xây dựng các công trình cầu hiện nay thường có rất nhiều sự
cố xảy ra do chủ quan về mặt thiết kế cũng như thi công như:
- Dầm cầu bê tông đang sử dụng đột nhiên đứt gãy, sụp đổ.
- Dầm cầu treo dây võng, cầu dây văng bị sụp đổ trong quá trình sử
dụng.
- Dầm cầu đang lao bị rơi, bêtông đang đúc bị sập đà giáo.
- Bê tông ở cấu kiện của cầu đang khai thác xuất hiện các vết nứt có
bề rộng vượt quá giới hạn cho phép.
- Biến dạng của đất nền quá lớn.
- Đất nền bị mất ổn định.
- Trượt của khối đất đắp cao ở hai đầu vào cầu.
- Mố cầu bị nghiêng trong khi đang đắp đất lưng mố.
- Hệ cọc của móng trụ cầu bị đẩy nghiêng, bị uốn gẫy trong lúc đang
thi công.


2

Các sự cố công trình trong xây dựng cầu gần đây như cầu Dần Xây, cầu
Rạch Miễu, cầu và hầm chui Văn Thánh,… đang là mối quan tâm hàng đầu đối
với các nhà đầu tư, các công ty thiết kế và đơn vị thi công trong ngành xây dựng.
Do đó, việc dự đoán được những sự cố có thể xảy ra khi thiết kế công trình cũng
như khắc phục các sự cố trong giai đoạn thi công là vấn đề rất quan trọng cần
phải nghiên cứu. Nội dung chính của đề tài này là phân tích những vấn đề về ổn
định và biến dạng của hệ cọc trong móng trụ cầu trong quá trình thi công và sử
dụng lâu dài.

1.2 Ý nghóa khoa học của đề tài:
Góp phần tìm ra nguyên nhân và khắc phục những sự cố khi thi công móng
cọc trong đất yếu cho công trình cầu nói riêng và cho móng cọc của tất cả các
công trình xây dựng khác nói chung.
Từ các thông số cơ lý của đất nền (kết hợp vơí sự thay đổi lớn của mực
nước ngầm hay mực nước thủy triều) có thể dự đoán sự mất ổn định của cọc sau
khi đóng giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho việc thi công công trình.

1.3 Mục đích nghiên cứu:
Mục đích của đề tài là nghiên cứu ổn định và biến dạng của cọc trong đất
yếu nhằm dự đoán trước sự cố mất ổn định đầu cọc xảy ra sau khi đóng với điều
kiện bất lợi là có sự dao động lớn của mực nước thủy triều. Từ đó đề xuất
phương án thiết kế thi công và giải quyết những sự cố xảy ra cho những công
trình tương tự sau này.


3

1.4 Nội dung nghiên cứu:
Nội dung trọng tâm là nghiên cứu sự ổn định, biến dạng và chuyển vị của
hệ cọc trong móng trụ cầu (móng cọc) trong đất yếu khi có sự thay đổi lớn của
mực nước thủy triều. Phương pháp nghiên cứu được đề xuất như sau:
i) Phương pháp giải tích: áp dụng các công thức tính toán đã biết trong
lý thuyết cơ học đất về ổn định và biến dạng của cọc trong đất yếu.
ii) Phương pháp phần tử hữu hạn: mô hình hóa bài toán bằng phần
mềm Plaxis với các thông số cơ lý của đất nền.
iii) Nêu nguyên nhân và giải pháp khắc phục sự cố đầu cọc bị chuyển
vị, kết luận và kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.
Với nội dung nghiên cứu như trên đề tài được chia ra các chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan về những vấn đề ổn định trụ cầu trong đất
yếu.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết phân tích và tính toán ổn định và biến
dạng trụ cầu bê tông cốt thép.
Chương 4: Phân tích và tính toán ổn định, biến dạng và các giải
pháp xử lý trụ T5 – cầu Rạch Lá.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.

1.5 Hạn chế của đề tài:
Do thời gian có hạn nên đề tài không xét đến các yếu tố sau đây:
+ Không phân tích ảnh hưởng của hiện tượng xói và dòng thấm tác động
lên đất xung quanh cọc.
+ Không xét ảnh hưởng của dòng chảy tác động lên chuyển vị của đầu cọc.
+ Không xét hiện tượng ma sát âm.


4

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TRỤ CẦU TRONG ĐẤT YẾU

2.1 Tổng quan về mố trụ cầu trong đất yếu:
Mố trụ cầu là một công trình rất đặc biệt, ngoài việc phải chịu tải trọng từ
kết cấu nhịp truyền xuống nó còn phải làm nhiệm vụ của một tường chắn đất
(mố cầu), thường xuyên chịu tác động và bị ảnh hưởng bởi sự biến động lên
xuống của mực nước thuỷ triều (trụ cầu). Mố là bộ phận chuyển tiếp đảm bảo xe
chạy êm thuận từ đường vào cầu, trụ là kết cấu chủ yếu gánh đỡ tải trọng do
dầm, bản mặt cầu và do tải trọng xe chạy truyền xuống. Mố trụ cầu thường chịu
tải ngang và moment rất lớn nên phải được thiết kế là móng cọc đài cao.

Khi xây dựng trên đất yếu mố cầu với nền đất đắp khá cao hay xảy ra các
hiện tượng như mất sức chịu tải do lún sụp, nền đất bị phá hoại kết cấu, bị đùn,
đẩy sang hai bên hoặc trồi lên. Tương tự, trụ cầu trong đất yếu ngay khi thi công
phần móng trụ thường hệ cọc bị đẩy nghiêng hoặc bị uốn gẫy.
Do những điều kiện nêu trên, để đảm bảo mố trụ cầu ổn định trên đất yếu
và an toàn trong quá trình khai thác cần có những giải pháp hợp lý như: đặt công
trình cao hơn vị trí thiết kế một đoạn bằng với độ lún dự kiến, làm các khe lún
để tách công trình ra từng phần, tăng độ bền cho các kết cấu công trình, dùng
các loại kết cấu đặc biệt, thay đổi kích thước và độ sâu đặt móng… Công trình
đưa vào sử dụng phải thoả mãn các tiêu chuẩn về ổn định chống lật, ổn định
chống trượt, khả năng chịu tải… [9]


5

2.2 Mất ổn định của trụ cầu trong đất yếu:
2.2.1 Mất ổn định trượt:
Mất ổn định trượt (phá hoại trượt) xảy ra khi đất chia thành các khối hay
vùng riêng biệt bị dịch chuyển toàn bộ hay từng phần tiếp tuyến với nhau dọc
theo một mặt trượt. Tất cả các mái dốc đều có xu hướng giảm độ dốc đến một
dạng ổn định hơn , cuối cùng chuyển sang nằm ngang và trong bối cảnh này mất
ổn định được quan niệm là khi đất có xu hướng di chuyển và phá hoại. Các lực
gây mất ổn định liên quan chủ yếu với trọng lực và thấm trong khi sức chống
phá hoại cơ bản là do hình dạng mái dốc kết hợp với bản thân độ bền kháng cắt
của đất tạo nên. [17]
Trong xây dựng trụ cầu, hiện tượng mất ổn định trượt thường xảy ra ở mái
dốc lòng sông. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng trên như sự thay đổi
trạng thái ứng suất thiên về mặt bất lợi đối với mái đất (do tác dụng của tải
trọng đặt thêm vào trên đỉnh mái…), do ảnh hưởng của các nguyên nhân bên
ngoài (sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, các yếu tố địa chất thủy văn như nước thủy

triều, nước mưa…) hoặc có thể do tình hình làm việc của khối đất nền (các lớp
địa chất của đất nền, đất có khả năng chịu tải tốt hay đất yếu).

2.2.2 Mất ổn định do biến dạng:
Đối với nền đất yếu, khi phải chịu tác dụng của tải trọng ngoài thường xảy
ra biến dạng rất lớn. Ngay cả khi tải trọng tác dụng lên nền còn còn khá nhỏ so
với tải trọng tới hạn (tải trọng làm công trình mất ổn định), thì chuyển vị của nền
đất yếu đã lớn tới mức gây cho công trình bị biến dạng, nứt, gây khó khăn cho
việc sử dụng. Nền đất yếu có khả năng xảy ra biến dạng rất lớn trước khi bị phá
hỏng về cường độ.


6

Nguyên nhân gây mất ổn định do biến dạng của trụ cầu là do một bộ phận
cấu kiện hay cả trụ cầu bị chuyển vị vượt quá giới hạn cho phép. Chuyển vị
đứng, phụ thuộc vào tính chất của đất nền và tải trọng truyền xuống trụ cầu,
thường có giá trị khoảng vài chục milimet. Đối với đất yếu còn xuất hiện chuyển
vị theo phương ngang do ảnh hưởng của áp lực ngang gây nên bởi các tác động
sau: chuyển dịch của đất nền, áp lực thấm, chấn động của búa đóng cọc, thủy
triều, san lấp các công trình phụ trợ phục vụ thi công… Chuyển vị ngang thường
rất lớn và gây rất nhiều khó khăn trong công tác khắc phục sự cố.

2.3 Một số sự cố gặp phải khi xây dựng cầu trong đất yếu:
2.3.1 Sự cố cầu và hầm chui Văn Thánh 2:
Hầm chui bên dưới đường dẫn lên cầu Văn Thánh 2 là một hạng mục công
trình bổ sung trong quá trình thi công đường Lê Thánh Tôn để giải quyết việc
qua lại của nhân dân hai bên đường. Hầm chui được bố trí ở đoạn đường đắp cao
sau 2 mố cầu, có dạng cống hộp BTCT gồm 2 khoang rộng 5m, tónh không 2.5m.
Đất nền dưới hầm chui được gia cố bằng cừ tràm dài 4.5m, đường kính (8 –

10)cm, mật độ 25cây/m2.
Theo cách bố trí như trên, đường hầm chỉ được bắt đầu thi công sau khi nền
đường đắp dẫn lên cầu đã đạt độ lún ổn định (theo thiết kế là vào khoảng tháng
5/2002). Tuy nhiên bên Thiết kế không chỉ ra điều kiện này và đã cùng với Chủ
đầu tư cũng như Tư vấn giám sát để đơn vị thi công tiến hành thi công đồng thời
hầm chui và đắp nền đường (vào tháng 8/2001). Kết quả là hầm chui bị lún theo
cùng quá trình lún của đường đắp (sau 8 tháng 20 ngày, độ lún đo được là
112cm). Hầm chui không thể sử dụng được vì chiều cao thông thoáng tại cửa
hầm chỉ còn 1.5m và nước tràn vào ngập trong đường hầm. Đường hầm bắt buộc
phải phá bỏ và tiến hành sửa chữa bằng cách sử dụng hệ móng cọc.


7

Cầu Văn Thánh 2 sau khi hoàn thành đưa vào sử dụng một thời gian thì xảy
ra sự cố như sau: lòng cầu Văn Thánh 2 có nhiều vết nứt ở 2 đầu, trong đó một
vài chỗ dầm bêtông bị bể loang lổ, tất cả các dầm cầu đều bị dịch chuyển đụng
vào mố ở cả hai phía bờ.

Hình 2.1 Sự cố lún mố cầu Văn Thánh 2.

Hình 2.2 Nứt dẫn đến sụp lòng cầu Văn Thánh 2.


8

2.3.2 Sự cố nghiêng và gẫy cọc trong khi thi công móng trụ cầu:
Sự cố nghiêng và gẫy cọc trong khi thi công móng trụ cầu được PGS. TS.
Phan Vị Thủy thuộc Bộ Giao Thông Vận Tải báo cáo tại Hội nghị khoa học toàn
quốc lần thứ nhất về sự cố công trình và các nguyên nhân [8]. Sự cố công trình

được mô tả như sau:
Đất nền
Mặt cắt công trình gồm nhiều lớp nhưng có thể mô tả là gồm hai tầng khác
biệt.
Tầng trên: đất bùn sét, là tầng đất yếu có các thông số kháng cắt
trung bình như sau.

ϕ = 3o35’
c = 8.8kN/m2

γ’ = 4.23kN/m3
Tầng dưới: á sét trạng thái dẻo cứng có xen thấu kính sét lẫn sỏi sạn
trạng thái dẻo cứng, là tầng đất tốt có các thông số kháng cắt trung bình như sau.

ϕ = 23o18’
c = 17.1kN/m2

γ’ = 9.8kN/m3
Trạng thái thi công công trình lúc có sự cố
- Hạ cọc BTCT, mũi cọc đạt cao độ -44.4m bằng búa rung kết hợp xói
hút, đầu trên cọc ở cao độ -2.4m. Cọc dài 42m, trong đó đoạn ngàm vào đất tốt
dài 20m, đoạn cọc đi qua lớp bùn dài trung bình 16m và đoạn tự do trên mặt đất
dài trung bình 6m.
- Hạ vòng vây cọc ván thép, đầu trên cọc ván bằng mức nước thi công
(+1.5m). Mũi hàng cọc có cao độ ở phía bờ -14.5m và phía giữa sông là -18.5m,
như vậy mũi các cọc ván thép đều nằm lơ lửng ở giữa tầng đất yếu.


9

- Đổ cát vào vòng vây để san bằng đáy sông, tạo mặt bằng ở cao độ
-6.2m chuẩn bị cho công tác đổ bê tông bịt đáy vòng vây.
- Đổ bê tông bịt đáy để hút nước, tạo không gian khô ráo thi công bệ
móng trụ cầu.
Vòng vây cọc ván thép

Phía bờ sông

Lớp đất yếu
ϕ = 3 ·35'
c = 8.8kN/m²
γ = 4.23kN/m³

+1.5

Bê tông bịt đáy

MNTC

Phía lòng sông

-5

Cát san lấp

-14.5
-18.5
-24.37

Lớp đất tốt

ϕ = 22 ·18'
c = 17.1kN/m²
γ = 9.8kN/m³
-44.4

Hình 2.3 Thi công trụ lúc xảy ra sự cố.

Hiện tượng xảy ra
Trong quá trình đổ cát vào vòng vây, hệ vòng vây đã có sự dịch chuyển,
khi đổ xong bê tông bịt đáy được 10 ngày thì hút nước nhưng không hút cạn được
vì hệ thống đã chuyển vị lớn, không còn giữ được độ kín, nước từ ngoài tràn vào
vượt quá lưu lượng của máy bơm. Khi kiểm tra vị trí các cọc thì thấy có nhiều sai


10

lệch lớn đồng thời hệ vành đai cọc ván thép bị nghiêng về phía bờ sông, một số
cọc bị gãy.
Phân tích nguyên nhân kỹ thuật
Lòng sông là một môi trường đất mềm yếu, lại có hình dạng mặt cắt ngang
sông không bằng phẳng. Tại vị trí xây dựng trụ cầu lòng sông có độ dốc ngang
lớn nhất, tuy nhiên khi chưa xây dựng công trình mái dốc này đã ở trạng thái cân
bằng tự nhiên khá bền vững.
Hệ thống các vật kiến trúc được đặt vào vị trí xây dựng (cọc ván thép, cát
đổ vào vòng vây, bê tông bịt đáy và các trọng lượng thiết bị thi công khác) đã
làm cho trạng thái cân bằng thay đổi theo chiều hướng bất lợi. Các cọc ván thép
đóng trong vòng vây có mũi cọc còn khá nông nên mọi lực tác dụng ở trong lòng
khối vòng vây đều có thể gây ra sự biến đổi trạng thái ứng suất biến dạng và
trạng thái ổn định của cả môi trường đấùt yếu tại vùng lân cận xây dựng trụ. Hiện
tượng quan sát dược cho thấy sự cố công trình là một hiện tượng mất ổn định nền

công trình.

2.3.3 Sự cố cầu Rạch Lá – Cần Giờ:
Cầu Rạch Lá nằm trên tuyến đường Rừng Sác (tuyến đường huyết mạch để
phát triển kinh tế vùng duyên hải huyện Cần Giờ, TP Hồ Chí Minh) đoạn từ phà
Bình Khánh đến cầu Dần Xây khi thi công móng trụ T5 đã gặp sự cố như sau:
- Khi thi công phần cọc đóng các đầu cọc bị chuyển vị 0.4m so với vị
trí thiết kế ban đầu ngay sau khi đóng (hình 2.4)
- Sau đó khi mực nước sông hạ xuống theo thủy triều tất cả các đầu
cọc đều bị chuyển vị rất lớn từ 2.3m đến 4.2m (hình 2.5).


11

Trên đường Rừng Sác này, tiếp theo sau cầu Rạch Lá về hướng biển Cần
Giờ tại cầu Lôi Giang cũng xảy ra một sự cố tương tự như sự cố tại cầu Rạch Lá.
Dưới đây là một số hình ảnh về cầu Rạch Lá và cầu Lôi Giang.

Hình 2.4 Đầu cọc chuyển vị 0.4m ngay sau khi đóng.

Hình 2.5 Đầu cọc chuyển vị khi mực nước hạ xuống theo thủy trieàu.


12

Hình 2.6 Cầu Rạch Lá cũ bên cạnh cầu mới đang thi công.

Hình 2.7 Trụ T6 và phần nhịp cầu đã thi công đến trụ T3.

13

Hình 2.8 Cốt thép trụ và trụ khi đã hoàn thiện.

Hình 2.9 Cầu Lôi Giang và sự cố tương tự cầu Rạch Lá .


14

2.4 Nguyên nhân và giải pháp khắc phục:
Những nguyên nhân chung của các sự cố công trình nói trên có thể khái
quát như sau:
- Khi xem xét và phân tích ổn định nền móng của mố và trụ cầu khi
xây dựng trên nền đất yếu, nhiều trường hợp chỉ xem xét mặt cường độ mà bỏ
qua mặt ổn định trượt sâu, một số trường hợp có xem xét ổn định trượt sâu nhưng
lại bỏ qua mặt ổn định trượt phẳng.
- Nguyên nhân về thi công chủ yếu do thiết lập các công trình phụ trợ
không hợp lý gây tải trọng phụ tác dụng lên công trình, chọn trình tự thi công
không đúng và thiếu những phân tích tính toán cần thiết khi thi công trong
trường hợp phức tạp.
- Về quản lý thường chủ trương kỹ thuật là do cấp quản lý quyết định,
những qui định về thời hạn hoàn thành công trình xuất phát từ yêu cầu quản lý
đôi khi không đủ cho việc thực hiện các quá trình công nghệ xây dựng một cách
có chất lượng.
Sự cố công trình là điều không mong muốn, hầu hết các sự cố công trình
thường để lại những hậu quả đáng tiếc về mặt xã hội cũng như kinh tế. Sau khi
sự cố công trình xảy ra, Chủ đầu tư, Đơn vị thiết kế, Đơn vị thi công… đều họp
bàn để xác định nguyên nhân và tìm giải pháp khắc phục. Nhưng nhìn chung, tất
cả các giải pháp đều là giải quyết tình thế và còn tồn tại những vấn đề nhất định
làm ảnh hưởng đến tiến độ thi công và phát sinh chi phí rất lớn.

Như vậy việc dự đoán trước những sự cố công trình nếu được quan tâm
đúng mức có thể là việc làm hết sức ý nghóa góp phần tiết kiệm thời gian và chi
phí.


15

CHƯƠNG 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN
ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRỤ CẦU
BÊ TÔNG CỐT THÉP

3.1 Tổng quan:
Trụ cầu chỉ ổn định khi phần móng trụ cầu (bao gồm bệ trụ và phần móng
đỡ bệ) ổn định trong đất yếu. Trong đề tài này phần móng đỡ bệ trụ là hệ móng
cọc BTCT, do đó tính toán ổn định và biến dạng của trụ cầu chính là tính toán
ổn định và biến dạng của hệ móng cọc BTCT. Đặc điểm của móng trụ cầu là
thường chịu moment và tải ngang rất lớn, kết hợp với điều kiện khó khăn khi thi
công trong nước sông nên người ta luôn luôn thiết kế móng trụ cầu là móng cọc
đài cao.
Sự cố xảy ra ở trụ T5 cầu Rạch Lá là hiện tượng đầu cọc (của hệ móng cọc
đỡ bệ trụ) bị chuyển vị rất lớn sau khi đóng. Do đó, các lý thuyết tính toán được
đề cập trong chương này liên quan đến các vấn đề ổn định và biến dạng của cọc
trong đất yếu như: sức chịu tải cọc, biến dạng của đất nền dưới mũi cọc, ổn định
mái dốc lòng sông.
Chương này cũng đưa ra cơ sở lý thuyết để tính toán ổn định mái dốc bằng
phần mềm GEO-SLOPE và cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn, cụ
thể là cơ sở lý thuyết tính toán bằng phần mềm Plaxis cùng với mô hình sử dụng
để mô tả ứng xử của đất nền là mô hình Mohr – Coulomb.

16

3.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp giải tích:
3.2.1 Lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc BTCT: [3]
3.2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu:
Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo
(khi cọc bị nhổ) và sức chịu tải của cọc theo vật liệu có thể được tính theo công
thức sau:
QVL = ϕ APRVL

(3.1)

Trong đó:
QVL: sức chịu tải của cọc theo vật liệu.
Ap: diện tích tiết diện ngang cọc.

ϕ: hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc.
Cọc làm việc trong nền đất chịu tác động của áp lực nén của đất xung
quanh cọc, nên thông thường ta không xét đến ảnh hưởng của uốn dọc. Ngoại trừ
các trường hợp đặc biệt như cọc quá mảnh hoặc do tác động của sự rung động
gây ra sự triệt tiêu áp lực xung quanh hay cọc đi qua lớp bùn loãng. Lúc đó ảnh
hưởng của độ mảnh phải được xét đến trong sức chịu tải của cọc theo vật liệu.
Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn của cọc theo vật liệu xác
định theo công thức thanh chịu nén có xét dến ảnh hưởng của uốn dọc. Sự uốn
dọc được xét như tính một cột trong tính toán bê tông:
Qa = ϕ (RnAp + RaAat)

(3.2)

Trong đó:
Rat: sức chịu kéo hay nén cho phép của thép.
Rn: sức chịu nén cho phép của bê tông.
Aat: diện tích tiết diện ngang cốt thép dọc trong cọc.

ϕ: hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và
theo thực nghiệm. Có thể tính như sau: