NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TẠI HUYỆN CÀNG LONG, TỈNH TRÀ VINH – ÁP DỤNG CHO CẦU BA TRƯỜNG. LUẬN VĂN THẠC SĨ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.25 MB, 104 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
QUÁCH DUY LÂM
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU
NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TẠI HUYỆN CÀNG LONG,
TỈNH TRÀ VINH – ÁP DỤNG CHO CẦU BA TRƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG
ĐÀ NẴNG – NĂM 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
QUÁCH DUY LÂM
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU
NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TẠI HUYỆN CÀNG LONG,
TỈNH TRÀ VINH – ÁP DỤNG CHO CẦU BA TRƯỜNG
Chuyên ngành
Mã số
: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng
: 85.80.205
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỒNG HẢI
ĐÀ NẴNG – NĂM 2019
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tác giả.
Các số liệu và kết quả tính tốn đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn
Qch Duy Lâm
.
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Tóm tắt luận văn
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................3
4. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................3
6. Bố cục của luận văn...............................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU VÀ
TÌNH HÌNH XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TẠI HUYỆN CÀNG
LONG .............................................................................................................................4
1.1. Khái quát chung về nền đất yếu đối với công tác xây dựng đường ô tô .......4
1.1.1. Khái niệm đất yếu ........................................................................................4
1.1.2. Đặc trưng cơ lý của đất yếu.........................................................................4
1.1.3. Phân loại đất yếu..........................................................................................4
a. Phân loại theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012 .................................................5
b. Phân loại theo tiêu chuẩn 22TCN 262 – 2000 ...............................................5
1.1.4. Công tác xây dựng nền đường ô tô trên đất yếu.........................................5
1.2. Các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu ........................................................6
1.2.1. Giới thiệu chung ..........................................................................................6
1.2.2. Các giải pháp thường áp dụng để xử lý nền đất yếu hiện nay ..................6
a. Giải pháp gia tải tạm thời ..............................................................................6
b. Giải pháp đầm chặt lớp mặt ...........................................................................7
c. Giải pháp dùng vải, lưới ĐKT ........................................................................7
d. Giải pháp đóng cọc cừ tràm, cọc tre ..............................................................8
e. Giải pháp thay thế nền....................................................................................8
f. Giải pháp dùng cọc đất gia cố xi măng, vơi....................................................9
g. Giải pháp thốt nước cố kết theo phương thẳng đứng bằng bấc thấm..........9
h. Giải pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng bằng cọc cát ...........10
i. Giải pháp cọc BTCT kết hợp sàn giảm tải ....................................................11
1.2.3. Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế và thi công nền đường ô tô đắp trên
đất yếu ..................................................................................................................12
a. Các yêu cầu khi thiết kế nền đắp trên đất yếu ............................................12
b. Nội dung tính tốn .......................................................................................13
c. Tính tốn thiết kế thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng.....................17
1.2.4. Xác định độ lún cuối cùng cho cơng trình đắp trên nền đất yếu dựa trên
kết quả quan trắc lún theo Phương pháp Asaoka..............................................21
1.2.5. Nhận xét......................................................................................................22
1.3. Tình hình xử lý đất yếu nền đường đầu cầu trên địa bàn huyện Càng Long
...................................................................................................................................22
1.3.1. Giới thiệu về hệ thống giao thông huyện Càng Long ..............................22
1.3.2. Tình hình xử lý đất yếu nền đường đầu cầu trên địa bàn huyện Càng Long
...............................................................................................................................24
1.3.3. Nhận xét .....................................................................................................24
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ............................................................................................25
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG TẠI MỘT SỐ
CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN CÀNG LONG ......................................26
2.1. Đặc điểm địa chất đất yếu huyện Càng Long ................................................26
2.1.1. Chỉ tiêu cơ lý đất yếu một số cơng trình trên địa bàn huyện Càng Long26
a. Cơng trình cầu Ba Trường 1, xã Đại Phước ................................................26
b. Cơng trình cầu Trà Gút, xã Đại Phước........................................................27
c. Cơng trình cầu Rạch Cát, xã Đại Phúc ........................................................27
d. Cầu Láng Thé, xã Bình Phú .........................................................................28
e. Cơng trình cầu 19/5, xã Tân An....................................................................29
2.1.2. Đặc điểm địa chất huyện Càng Long........................................................30
2.2. Tổng quan một số dự án có xử lý đất yếu nền đường đầu cầu đã được xây
dựng trên địa bàn huyện Càng Long.....................................................................31
2.2.1. Cầu Trà Gút trên ĐT 915B........................................................................31
2.2.2. Cầu Thạnh Phú trên ĐT 911.....................................................................32
2.2.3. Cầu Ba Trường 1 trên ĐT 915B ...............................................................33
2.2.4. Cầu Đùng Đình trên ĐH 37 ......................................................................34
2.2.5. Cầu 19/5 trên ĐH 02..................................................................................35
2.3. Các giải pháp xử lý đất yếu nền đường đầu cầu và thực trạng áp dụng tại
các cơng trình trên địa bàn huyện Càng Long .....................................................35
2.3.1. Giải pháp thay đất một phần kết hợp vải ĐKT (cầu Trà Gút và cầu
Thạnh Phú) ..........................................................................................................35
a. Giải pháp thiết kế .........................................................................................35
b. Thực trạng áp dụng ......................................................................................36
2.3.2. Giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước (đường đầu cầu phía mố A cầu
Ba Trường 1)........................................................................................................37
a. Giải pháp thiết kế .........................................................................................37
b. Thực trạng áp dụng ......................................................................................38
2.3.3. Giải pháp cọc BTCT và sàn giảm tải (mố B cầu Ba Trường 1) ..............40
a. Giải pháp thiết kế .........................................................................................40
b. Thực trạng áp dụng ......................................................................................40
2.3.4. Giải pháp cừ tràm kết hợp vải ĐKT (cầu 19/5) ........................................40
2.3.5. Giải pháp vải ĐKT kết hợp đắp gia tải (cầu Đùng Đình) ........................42
a. Giải pháp thiết kế .........................................................................................42
b. Thực trạng áp dụng ......................................................................................43
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................................45
CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG ĐẦU
CẦU CHO CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN CÀNG LONG VÀ ÁP
DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BA TRƯỜNG .......................................46
3.1. Đặc điểm địa chất đất yếu và quy hoạch các dự án cơng trình cầu trên địa
bàn huyện Càng Long .............................................................................................46
3.1.1. Đặc điểm địa chất đất yếu địa bàn huyện Càng Long .............................46
3.1.2. Quy hoạch các dự án cơng trình cầu trên địa bàn huyện Càng Long ....46
3.2. Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý đất yếu nền đường đầu cầu trên địa
bàn huyện Càng Long .............................................................................................48
3.2.1. Đề xuất mơ hình tính tốn.........................................................................48
3.2.2. Tính tốn độ lún tổng cộng .......................................................................49
a. Tính độ lún cố kết Sc .....................................................................................49
b. Tính độ lún tức thời Stthoi ..............................................................................51
c. Tính độ lún tổng cộng S ................................................................................51
3.2.3. Các phương án xử lý đất yếu nền đường đầu cầu trên địa bàn huyện
Càng Long ............................................................................................................51
a. Cơ sở đề xuất ................................................................................................51
b. Đề xuất các phương án xử lý ........................................................................52
c. Kết luận.........................................................................................................61
3.3. Áp dụng xử lý nền đường đầu cầu Ba Trường..............................................61
3.3.1. Giới thiệu dự án .........................................................................................61
3.3.2. Qui mơ xây dựng cơng trình .....................................................................62
3.3.3. Đặc điểm địa chất và chỉ tiêu cơ lý tính tốn của đất yếu........................62
3.3.4. Thiết kế xử lý nền đắp trên đất yếu bằng giải pháp cọc cát kết hợp gia tải .63
a. Tiêu chuẩn thiết kế .........................................................................................63
b. Tải trọng cơng trình......................................................................................64
c. u cầu tính tốn và mơ hình mặt cắt tính tốn ...........................................64
d. Kiểm tra ổn định ...........................................................................................65
e. Toán toán độ lún khi chưa xử lý nền đất yếu................................................67
f. Kiểm toán điều kiện làm việc của cọc cát .....................................................69
g. Tính tốn độ cố kết theo thời gian ................................................................70
h. Kiểm tra ổn định nền đường khi xử lý bằng cọc cát.....................................71
3.3.5. Xây dựng nền đắp theo giai đoạn..............................................................72
3.3.6. Thiết kế hệ thống quan trắc.......................................................................74
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................................75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................76
1. Kết luận ................................................................................................................76
2. Kiến nghị ..............................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................78
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)
PHỤ LỤC
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TẠI
HUYỆN CÀNG LONG, TỈNH TRÀ VINH – ÁP DỤNG CHO CẦU BA TRƯỜNG
Học viên: Quách Duy Lâm. Chuyên ngành: KTXD cơng trình giao thơng.
Mã số: 85.80.205. Khóa 36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng.
Tóm tắt: Lún nền đường đầu cầu đắp trên đất yếu là hiện tượng phổ biến, không chỉ
riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển. Tại địa bàn huyện Càng Long, tỉnh
Trà Vinh hiện tượng này cũng đã và đang xảy ra tại một số nền đường đầu cầu như cầu
19/5, cầu Đùng Đình, cầu Thạnh Phú, cầu Ba Trường 1,…Luận văn thực hiện thu thập các
tài liệu về địa chất và hồ sơ khảo sát thiết kế các cơng trình nền đường đầu cầu đắp trên đất
yếu tại huyện Càng Long, kết hợp khảo sát hiện trạng khai thác các cơng trình cầu trên địa
bàn huyện từ đó khái quát đặc điểm địa chất đất yếu; phân tích, đánh giá các giải pháp xử
lý đã được áp dụng cho các nền đường đầu cầu trên đất yếu. Trên cơ sở số liệu thu thập,
luận văn đề xuất mơ hình tính tốn và giải pháp xử lý thích hợp cho nền đường đầu cầu
trên đất yếu đặc trưng của địa bàn huyện Càng Long. Kết quả phân tích cho thấy có thể áp
dụng giải pháp xử lý thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (cọc cát, bấc thấm) kết hợp
gia tải trước để xử lý đất yếu nền đường đầu cầu trên địa bàn huyện Càng Long, đồng thời
đề xuất phương án sử dụng cọc cát kết hợp gia tải trước áp dụng tính tốn xử lý đất yếu
nền đường đầu cầu cơng trình cầu Ba Trường đang trong giai đoạn thi cơng xây dựng.
Từ khóa: Đất yếu, nền đường đầu cầu, hệ số ổn định, cọc cát, huyện Càng Long.
RESEARCHING THE SOLUTIONS FOR SOFT SOIL OF
APPROACH EMBANKMENT BRIDGE IN CANG LONG DISTRICT,
TRA VINH PROVINCE - APPLY FOR BA TRUONG BRIDGE
Abstract: Approach embankment bridges on soft soil is a common phenomenon, not
only in Vietnam but even developed countries. This phenomenon also has been happening
in some of the bridge as the 19/5 bridge, Dung Dinh bridge, Thanh Phu bridge, Ba Truong
bridge,... in Cang Long district, Tra Vinh province. The thesis performs collecting
documents on geology and the survey of the design of approach embankment bridge on
soft soil in Cang Long district, combined survey of exploitation of bridges in this district
from which generalized geological characteristics of soft soil; analyze, evaluate treatment
solutions have been applied to the approach embankment bridge on soft ground. On the
basis of the data collected, the thesis proposed calculation model and solution for the
appropriate handling of the bridge embankment on soft soil characteristic of Cang Long
district. The results shows can apply the solution by vertical drain consolidation (sand pile,
PVD) combined preloading for soft soil under approach embankment bridge in Cang Long
district, and proposes using sand piles combined preloading calculations to solution the
approach embankment bridge in the stage of construction at Ba Truong bridge.
Keyword: Soft soil, approach embankment bridge, factor of stability, sand pile, Cang
Long district.
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BTCT
CPĐD
ĐH
ĐT
ĐKT
QL
TCN
TCVN
: Bê tông cốt thép
: Cấp phối đá dăm
: Đường huyện
: Đường tỉnh
: Địa kỹ thuật
: Quốc lộ
: Tiêu chuẩn ngành
: Tiêu chuẩn Việt Nam
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
Tên bảng
Trang
Độ cố kết Uv đạt được theo nhân tố thời gian Tv theo quan hệ
16
Uv=F(Tv)
Hiện trạng hệ thống cầu trên ĐT và ĐH địa bàn huyện Càng
23
Long
Chỉ tiêu cơ lý của đất cơng trình cầu Ba Trường 1, xã Đại Phước
26
Chỉ tiêu cơ lý của đất cơng trình cầu Trà Gút, xã Đại Phước
27
Chỉ tiêu cơ lý của đất cơng trình cầu Rạch Cát, xã Đại Phúc
28
Chỉ tiêu cơ lý của đất cơng trình cầu Láng Thé, xã Bình Phú
29
Chỉ tiêu cơ lý của đất cơng trình cầu 19/5, xã Tân An
30
Chỉ tiêu cơ lý của đất trên địa bàn huyện Càng Long
31
Số liệu quan trắc lún đường đầu cầu mố A cầu Ba Trường 1
38
Số liệu quan trắc lún đường đầu cầu cầu 19/5
41
Số liệu quan trắc lún đường đầu cầu cầu Đùng Đình
43
Tính chất cơ lý của đất yếu đề xuất sử dụng trong tính tốn
46
Dự án cơng trình cầu và quy mơ xây dựng trong giai đoạn 2019
47
– 2020
Bảng tính tốn chiều sâu vùng chịu lún za
49
Xác định độ lún cố kết Sc
50
Thông số nền đắp, đất yếu, cọc cừ tràm khai báo trong phần
52
mềm GeoStudio (Slope/W)
Xác định độ cố kết của đất nền theo thời gian khi xử lý bằng bấc
56
thấm
Thông số nền đắp, đất yếu, bấc thấm khai báo trong phần mềm
57
GeoStudio (Slope/W)
Xác định độ cố kết của đất nền theo thời gian khi xử lý bằng cọc
59
cát
Thông số nền đắp, đất yếu, cọc cát khai báo trong phần mềm
59
GeoStudio (Slope/W)
Lựa chọn phương án xử lý đất yếu đường đầu cầu
61
Chỉ tiêu cơ lý của đất cơng trình cầu Ba Trường, xã Đại Phúc
62
Chỉ tiêu cơ lý của đất yếu (lớp 2)
63
Thông số nền đắp, đất yếu cầu Ba Trường khai báo trong phần
65
mềm GeoStudio (Slope/W)
Bảng tính tốn chiều sâu vùng chịu lún za cầu Ba Trường
67
Xác định độ lún cố kết Sc cầu Ba Trường
68
Số hiệu
Tên bảng
Trang
3.16
Kiểm tra sự làm việc của cọc cát theo điều kiện 1
69
3.17
Kiểm tra sự làm việc của cọc cát theo điều kiện 2
70
Xác định độ cố kết của đất nền theo thời gian khi xử lý bằng cọc
3.18
70
cát
Thông số nền đắp, đất yếu, cọc cát cầu Ba Trường khai báo
3.19
71
trong phần mềm GeoStudio (Slope/W)
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
3.1
3.2
3.3
Tên hình
Giải pháp dùng vải ĐKT
Giải pháp dùng lưới ĐKT
Thi cơng đóng cọc cừ tràm
Thiết bị thi công cọc xi măng đất
Giải pháp thi công bấc thấm
Sử dụng giếng cát để gia cố xử lý nền
Thi công cọc cát để gia cố xử lý nền
Giải pháp thi công cọc BTCT và sàn giảm tải
Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên đất yếu
Sơ đồ mất ổn định của nền đường trên đất yếu do trượt
Sơ đồ tính tốn ổn định trượt theo phương pháp Bishop
Biểu đồ xác định số sức chịu tải Nc của nền đất yếu
Sự gia tăng sức chống cắt khi đắp theo giai đoạn
Đồ thị phương pháp Asaoka
Bản đồ quy hoạch giao thông vận tải tỉnh Trà Vinh
Cầu Trà Gút trên ĐT 915B
Lún đường đầu cầu cầu Thạnh Phú trên ĐT 911
Lún đường đầu cầu (phía mố A) cầu Ba Trường 1 trên ĐT 915B
Lún đường đầu cầu cầu Đùng Đình trên ĐH 37
Lún đường đầu cầu cầu cầu 19/5 trên ĐH 02
Trắc ngang điển hình đường đầu cầu cầu Trà Gút
Trắc ngang điển hình đường đầu cầu cầu Thạnh Phú
Trắc ngang điển hình xử lý đất yếu đường đầu cầu cầu Ba
Trường
Đường quan hệ Asaoka tại vị trí bàn đo lún cầu Ba Trường
Trắc ngang điển hình đường đầu cầu cầu 19/5
Đường quan hệ Asaoka tại vị trí bàn đo lún cầu 19/5
Trắc ngang xử lý nền đường đầu cầu cầu Đùng Đình
Đường quan hệ Asaoka tại vị trí bàn đo lún cầu Đùng Đình
Mơ hình nền đắp đường đầu cầu
Mơ hình tính tốn nền đường, trường hợp gia cố cừ tràm kết hợp
vải ĐKT
Kết quả phân tích ổn định nền đường, trường hợp gia cố cừ tràm
kết hợp vải ĐKT
Trang
7
7
8
9
10
11
11
12
13
14
14
20
21
21
22
32
33
33
34
35
36
36
37
39
40
42
43
44
49
53
53
Số hiệu
Tên hình
Trang
3.4
Mơ hình tính tốn nền đường, trường hợp chưa xử lý đất yếu
54
Kết quả phân tích ổn định nền đường, trường hợp chưa xử lý đất
3.5
54
yếu
3.6
Mơ hình tính toán nền đường, trường hợp xử lý bằng bấc thấm
57
Kết quả phân tích ổn định nền đường, trường hợp xử lý bằng bấc
3.7
58
thấm
3.8
Mơ hình tính tốn nền đường, trường hợp xử lý bằng cọc cát
60
Kết quả phân tích ổn định nền đường, trường hợp xử lý bằng cọc
3.9
60
cát
3.10
Vị trí xây dựng cầu Ba Trường, xã Đại Phúc, huyện Càng Long
61
3.11
Sơ đồ tính tốn tải trọng giao thơng và giá trị tải trọng phân bổ
64
Mơ hình tính tốn nền đường đầu cầu Ba Trường, trường hợp
3.12
66
chưa xử lý đất yếu
Kết quả phân tích ổn định nền đường đầu cầu Ba Trường, trường
3.13
66
hợp chưa xử lý đất yếu
Kết quả phân tích ổn định nền đắp trên đất yếu, trường hợp H =
3.14
67
Hmax
Mô hình tính tốn nền đường đầu cầu Ba Trường, trường hợp xử
3.15
72
lý bằng cọc cát
Kết quả phân tích ổn định nền đường đầu cầu Ba Trường, trường
3.16
72
hợp xử lý bằng cọc cát
3.17
Thi công đắp nền đường khi xử lý bằng cọc cát
73
3.18
Trắc ngang điển hình đường đầu cầu cầu Ba Trường
74
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trà Vinh là tỉnh Duyên hải đồng bằng sông Cửu Long, nằm kẹp giữa sơng Tiền
và sơng Hậu, phía Bắc giáp với tỉnh Bến Tre, phía Nam giáp tỉnh Sóc Trăng, phía Tây
giáp tỉnh Vĩnh Long, phía Đơng giáp Biển Đơng với chiều dài bờ biển khoảng 65km.
Tỉnh Trà Vinh có diện tích tự nhiên 2.341km², dân số toàn tỉnh khoảng 1,1 triệu người.
Tỉnh Trà Vinh có 01 thành phố, 01 thị xã và 07 huyện gồm: Thành phố Trà Vinh, thị
xã Duyên Hải và các huyện Càng Long, Châu Thành, Tiểu Cần, Cầu Kè, Trà Cú, Cầu
Ngang, Duyên Hải.
Bản đồ hành chính tỉnh Trà Vinh
Về hệ thống giao thơng, hiện nay tồn tỉnh Trà Vinh có 04 tuyến QL với tổng
chiều dài 283km do Trung ương quản lý, 05 tuyến ĐT với tổng chiều dài 228km, 42
tuyến ĐH với tổng chiều dài 479km và trên 220km đường đô thị, số lượng các cầu trên
các tuyến ĐT và ĐH là 186 cầu. Riêng huyện Càng Long có 02 tuyến QL53, QL60
qua địa bàn huyện với tổng chiều dài 28km, 02 tuyến ĐT 911, ĐT 915B tổng chiều dài
20km, 08 tuyến ĐH dài 120km và nhiều đường giao thông nông thôn với chiều dài
hơn 416km, có 31 cầu trên các tuyến ĐT và ĐH.
Tỉnh Trà Vinh nói chung và huyện Càng Long nói riêng là khu vực có địa tầng
phức tạp, tầng đất phù sa khá dày chủ yếu là đất sét yếu, sức chịu tải thấp, nên những
vấn đề liên quan tới ổn định, biến dạng của nền đất đặc biệt là khi xây dựng đường đầu
cầu trên nền đất yếu là những điều cần được quan tâm.
2
Trong hơn 10 năm qua, khi đầu tư xây dựng cơng trình cầu tại huyện Càng Long
đã có nhiều biện pháp xử lý đất yếu nền đường đầu cầu khác nhau như: Thay đất kết
hợp vải ĐKT (cầu Thạnh Phú, cầu Trà Gút); cọc cừ tràm kết hợp vải ĐKT (cầu Tổng
Tồn, cầu Kênh Giữa, cầu Tân Trung, cầu Tân Trung Kinh, cầu 19/5, cầu Giồng Mới);
đắp nền gia tải trước (cầu Đùng Đình, cầu Mỹ Văn, cầu Rạch Dừa); giếng cát (cầu
Đập Sen); bấc thấm kết hợp gia tải trước (mố A cầu Ba Trường 1); cọc BTCT kết hợp
sàn giảm tải (mố B cầu Ba Trường 1),… nhưng thực tế trong quá trình khai thác hiện
tượng lún lệch đường đầu cầu vẫn còn xuất hiện rất nhiều. Qua khảo sát hiện trạng các
cầu Thạnh Phú, cầu Đùng Đình, cầu Ba Trường 1, cầu 19/5,... trên địa bàn huyện Càng
Long các đường đầu cầu đưa vào khai thác sử dụng một thời gian thì xuất hiện tình
trạng lún lệch tại các vị trí tiếp giáp giữa đường đầu cầu và mố cầu dẫn đến sự thay đổi
đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường đầu cầu và mố cầu, tạo thành điểm
gãy trên trắc dọc và tạo thành những vệt lún sâu sát mố cầu. Hiện tượng này làm giảm
khả năng thông hành, phát sinh tải trọng xung kích phụ thêm lên mố cầu, tốn kém chi
phí cho cơng tác duy tu bảo dưỡng, gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao
thơng và làm mất an tồn giao thơng.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu kỹ lưỡng đặc điểm địa chất của khu vực huyện
Càng Long, với điều kiện địa chất yếu thì đâu là giải pháp xử lý nền đường đầu cầu đạt
hiệu quả cả về kinh tế, kỹ thuật và thi công. Từ những đặc điểm chung nhất cũng như
những giải pháp xử lý đất yếu nền đường đầu cầu đã được áp dụng ở các dự án trước
để đề xuất được các giải pháp xử lý hợp lý với điều kiện địa chất cụ thể và chiều cao
đắp cũng như tính chất, qui mơ xây dựng cơng trình, tiến độ thi cơng…là cấp thiết,
góp phần nhanh chóng lựa chọn phương án xử lý hợp lý, rút ngắn được quá trình
chuẩn bị đầu tư cho một dự án đầu tư xây dựng. Do đó đề tài “Nghiên cứu giải pháp
xử lý đất yếu nền đường đầu cầu tại huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh – Áp dụng
cho cầu Ba Trường” là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
– Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu giải pháp xử lý thích hợp cho nền đất yếu
đường đầu cầu tại địa bàn huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh nhằm đảm bảo yêu cầu về
ổn định, lún và thời gian thi công cho phép.
– Mục tiêu cụ thể:
+ Nghiên cứu các giải pháp xử lý đất yếu.
+ Phân tích đặc điểm, đánh giá địa chất đất yếu huyện Càng Long.
+ Nghiên cứu đề xuất các giải pháp để xử lý đất yếu đường đầu cầu cho các cơng
trình giao thơng phù hợp với điều kiện địa chất của khu vực huyện Càng Long, áp
dụng xử lý cho đoạn nền đường đầu cầu cơng trình cầu Ba Trường.
3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: Ổn định cơng trình nền đường trên nền đất yếu.
– Phạm vi nghiên cứu: Ổn định nền đường đầu cầu tại huyện Càng Long, tỉnh
Trà Vinh – áp dụng cho cầu Ba Trường.
4. Phương pháp nghiên cứu
– Nghiên cứu lý thuyết: Ổn định nền đường trên nền đất yếu; phương pháp tính
tốn, xử lý nền đắp trên đất yếu.
– Thu thập, phân tích, tổng hợp: Khảo sát, đo đạc hiện trạng; thu thập hồ sơ thiết
kế, dữ liệu địa chất các cơng trình đường đầu cầu đã và đang thi công.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần giúp các cơ quan quản lý nhà nước,
các đơn vị tư vấn thiết kế nhanh chóng lựa chọn phương án xử lý hợp lý nền đường
đầu cầu đắp trên đất yếu tại huyện Càng Long, rút ngắn được quá trình chuẩn bị đầu tư
cho một dự án đầu tư xây dựng.
6. Bố cục của luận văn
– Phần mở đầu
– Chương 1: Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu và tình hình xử lý đất
yếu nền đường đầu cầu trên địa bàn huyện Càng Long
– Chương 2: Đặc điểm địa chất đất yếu và các giải pháp xử lý đất yếu nền đường
đầu cầu đã được áp dụng tại một số cơng trình trên địa bàn huyện Càng Long
– Chương 3: Đề xuất giải pháp xử lý đất yếu nền đường đầu cầu cho các cơng
trình trên địa bàn huyện Càng Long và áp dụng xử lý nền đường đầu cầu Ba Trường
– Kết luận và kiến nghị
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
ĐẤT YẾU VÀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN
ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TẠI HUYỆN CÀNG LONG
1.1. Khái quát chung về nền đất yếu đối với công tác xây dựng đường ô tô
1.1.1. Khái niệm đất yếu
Theo tiêu chuẩn 22TCN 262 – 2000 “Quy trình khảo sát, thiết kế nền đường ơ tô
đắp trên đất yếu” do Bộ Giao thông vận tải ban hành thì “Đất yếu là chỉ các loại đất có
sức chống cắt nhỏ và tính biến dạng (ép lún) lớn, do vậy nền đắp trên đất yếu, nếu
khơng có các biện pháp xử lý thích hợp thường dễ mất ổn định toàn khối hoặc lún
nhiều, lún kéo dài ảnh hưởng đến mặt đường, cơng trình trên đường và cả mố cầu lân
cận. Ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ
số rỗng lớn, lực dính C theo kết quả cắt nhanh khơng thốt nước từ 0,15daN/cm2 trở
xuống, góc nội ma sát từ 0 ÷ 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤
0,35daN/cm2”.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định dựa trên tiêu
chuẩn sức kháng cắt khơng thốt nước (Su) và chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N như sau:
– Đất rất yếu: Su ≤ 0,125kG/cm2 hoặc N ≤ 2
– Đất yếu: Su ≤ 0,25kG/cm2 hoặc N ≤ 4
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng
nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho cơng trình xây dựng.
1.1.2. Đặc trưng cơ lý của đất yếu
Một số đặc trưng về chỉ tiêu cơ lý của đất yếu: Sức chịu tải bé (0,5 ÷ 1kG/cm2);
tính nén lún lớn (a > 0,1cm2/kG); hệ số rỗng lớn (e > 1,0); độ sệt lớn (B > 1); môđun
biến dạng bé (E < 50kG/cm2); khả năng chống cắt khơng thốt nước (u < 10o, Cu =
0,2 ÷ 0,40kG/cm2); khả năng thấm nước bé; chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT = 0 ÷ 5; độ
ẩm lớn (W > 30% với đất cát pha, W > 50% đối với đất sét, W > 100% đối với đất hữu
cơ); độ bão hòa nước G > 0,8.
Khi xây dựng các cơng trình trên nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất cơ lý của
lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của cơng trình cần nghiên cứu, lựa chọn phương pháp xử
lý nền móng phù hợp nhằm tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, rút ngắn thời
gian thi cơng và giảm chi phí đầu tư xây dựng.
1.1.3. Phân loại đất yếu
Khái niệm về đất yếu chỉ mang tính chất tương đối, được sử dụng với mục đích
xem xét, đánh giá đất dùng làm nền cơng trình. Tiêu chuẩn phân loại đất TCVN 5747
– 1993 đang được sử dụng hiện nay chủ yếu sử dụng để phân loại chung cho tất cả các
loại đất, đối với đất yếu chỉ đề cập sơ lược. Các tiêu chuẩn phân loại đất yếu chỉ được
đưa ra trong một số tiêu chuẩn ngành như:
5
– TCVN 9355:2012, Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thốt nước
– 22TCN 262 – 2000, Quy trình khảo sát, thiết kế nền đường trên đất yếu
a. Phân loại theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012
– Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng
thái dẻo chảy.
– Đặc điểm: Độ sệt lớn (B > 1), hệ số rỗng lớn (e > 1), góc ma sát trong φ < 10o;
lực dính kết đơn vị theo kết quả cắt nhanh khơng thốt nước Cu < 0,15kG/cm2, theo kết
quả cắt cánh tại hiện trường Cu < 0,35kG/cm2, sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 1kG/cm2
và chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N < 5.
b. Phân loại theo tiêu chuẩn 22TCN 262 – 2000
Phân loại theo trạng thái tự nhiên:
– Đất yếu loại sét hoặc sét pha phân loại theo độ sệt B: Nếu B >1 thì được gọi là
bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy), nếu 0,75 < B < 1 là đất yếu dẻo chảy.
– Đất yếu loại đầm lầy than bùn được phân loại như sau:
+ Loại 1: Loại có độ sệt ổn định thuộc loại này nếu vách đất đào đứng sâu 1m
trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1 ÷ 2 ngày.
+ Loại 2: Loại có độ sệt không ổn định, loại này không đạt tiêu chuẩn loại 1
nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy.
+ Loại 3: Đất than bùn ở trạng thái chảy.
1.1.4. Công tác xây dựng nền đường ô tô trên đất yếu
Hiện tượng lún nền mặt đường là một hiện tượng khá phức tạp tổng hợp nhiều
yếu tố tác động. Trên cơ sở đặc điểm địa chất khu vực xây dựng cũng như quy mơ,
tính chất cơng trình mà sử dụng một hoặc kết hợp nhiều giải pháp nhằm phòng tránh
tối đa việc lún nền đường. Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên đất yếu
vẫn là một vấn đề tồn tại và là một bài tốn khó đối với ngành xây dựng, đặt ra nhiều
vấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún
cho phép của cơng trình. Việc xử lý nền đất yếu để khắc phục độ lún chênh lệch, trong
các dự án giao thông ở Việt Nam ngày càng được quan tâm do các nguyên nhân:
– Các tuyến đường QL, ĐT ngày càng được nâng cấp với tốc độ thiết kế cao hầu
hết đều đạt ≥ 60km/h (phổ biến là 80km/h), các trục đường cao tốc độ đạt ≥ 100km/h;
do vậy yêu cầu êm thuận rất quan trọng.
– Các khu kinh tế và các đô thị lớn của Việt Nam chủ yếu tập trung tại các vùng
đồng bằng, ven biển, trong đó quan trọng nhất là vùng đồng bằng châu thổ sông Cửu
Long (miền Nam) và châu thổ sông Hồng (miền Bắc); mật độ đường giao thông, cầu
cống lớn tại đây cũng rất cao. Trong khi đó địa chất các khu vực này chủ yếu là bồi
tích từ các con sơng nên thường có nhiều lớn đất yếu.
– Thời gian thi công các dự án thường yêu cầu ngắn trong 2 năm đến 3 năm, nếu
không xử lý độ lún dư còn rất lớn hoặc xảy ra mất ổn định (trượt sâu hay trượt phẳng
khi đang thi công hay khi khai thác).
Do vậy với tất cả các dự án giao thông hiện nay, vấn đề xử lý nền đất yếu đều
được đặt ra.
6
1.2. Các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu
1.2.1. Giới thiệu chung
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một
số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ
chặt, tăng trị số môđun biến dạng, tăng cường sức chống cắt của đất…
Các biện pháp xử lý nền đất yếu thông thường:
– Phương pháp cơ học: Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất,
bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén
trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm (cọc tre,
cọc cừ tràm), các loại cọc (cọc BTCT, cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi…), phương
pháp vải ĐKT, lưới ĐKT… để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học.
– Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp
dùng cọc cát/giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…
– Phương pháp hóa học: Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong
vòng 40 năm trở lại đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi
măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc
xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ
bền của phương pháp không thực sự khả quan.
– Phương pháp sinh học: Là một phương pháp mới, sử dụng hoạt động của vi
sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất
cơng trình. Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương
đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế.
1.2.2. Các giải pháp thường áp dụng để xử lý nền đất yếu hiện nay
a. Giải pháp gia tải tạm thời
– Nguyên lý của giải pháp: Là đắp trên nền đất yếu một tải trọng lớn để ép nước
ra, đẩy nhanh quá trình lún. Trong thời gian chất tải, độ lún và áp lực nước được quan
trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ bỏ khi độ lún kết thúc hoặc đã đạt đến mức độ yêu
cầu. Giải pháp gia tải tạm thời cho phép đạt được một cố kết yêu cầu trong một
khoảng thời gian.
– Phạm vi áp dụng: Gia tải phải phù hợp với điều kiện ổn định của nền đắp, chỉ
nên dùng khi chiều cao tới hạn cao hơn nhiều so với thiết kế. Khi áp dụng giải pháp
cần đặc biệt chú ý kiểm toán sự ổn định của nền đắp khi có thêm tải trọng đắp gia tải
trước và theo dõi khống chế tốc độ đắp phần đắp gia tải trước, nếu không rất dễ xảy ra
mất ổn định trong q trình đắp. Do đó giải pháp đắp gia tải trước cũng thường được
kết hợp với giải pháp bệ phản áp.
– Ưu điểm: Công nghệ thi công đơn giản, chi phí thấp vì tận dụng vật liệu đắp
đường để gia tải.
– Nhược điểm: Thời gian đắp kéo dài, một số trường hợp do thời gian gia tải
ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ nên sau khi xây dựng cơng trình, nền đất
tiếp tục bị lún và cơng trình bị hư hỏng.
7
Giải pháp gia tải trước thông thường được dùng kết hợp với các giải pháp thoát
nước thẳng đứng như giếng cát, cọc cát, bấc thấm.
b. Giải pháp đầm chặt lớp mặt
– Nguyên lý của giải pháp: Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng
như một tầng đệm đất. Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp
khác nhau, thường hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp
này quả đầm trọng lượng 1 ÷ 4 tấn (có khi 5 ÷ 7 tấn) và đường kính khơng nhỏ hơn
1m. Để hiệu quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra
không nhỏ hơn 0,2kg/cm2 với loại đất sét và 0,15kg/cm2 với đất loại cát.
– Phạm vi áp dụng: Khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m, nền đất yếu nhưng
có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm
cường độ chống cắt của đất và làm giảm tính nén lún.
– Ưu điểm: Thi cơng đơn giản, khơng địi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng
tương đối rộng rãi; tận dụng nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng
đào đắp.
– Nhược điểm: Mặt đất của khu vực thi công thường phải được san phẳng; gây
tiếng ồn trong q trình thi cơng.
c. Giải pháp dùng vải, lưới ĐKT
– Nguyên lý của giải pháp: Dùng vải, lưới ĐKT làm cốt tăng cường ở đáy nền
đắp, khu vực tiếp xúc giữa nền đắp và đất yếu (Hình 1.1 và Hình 1.2). Do bố trí cốt
như vậy khối trượt của nền đắp nếu xảy ra sẽ bị cốt chịu kéo giữ lại nhờ đó tăng thêm
mức độ ổn định cho nền đắp. Tùy theo lực kéo tạo ra lớn hay nhỏ chiều cao đắp an
tồn có thể vượt q chiều cao đắp giới hạn nhiều hay ít.
– Ưu điểm: Lợi ích khi sử dụng vải ĐKT chủ yếu là để tăng ổn định của nền, giữ
được tốc độ lún đều của các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp. Vải ĐKT có thể
làm tăng độ bền, tính ổn định cho các tuyến đường đi qua những khu vực có nền đất
yếu như đất sét mềm, bùn, than bùn…
– Nhược điểm: Giải pháp được sử dụng đồng thời với các giải pháp khác trong
một số dự án xử lý nền đất yếu, khi xử lý xong nhưng vẫn mất ổn định do trượt sâu,
giải pháp này khơng có tác dụng đẩy nhanh tốc độ lún.
Hình 1.1: Giải pháp dùng vải ĐKT [17]
Hình 1.2: Giải pháp dùng lưới ĐKT [17]
8
d. Giải pháp đóng cọc cừ tràm, cọc tre
– Nguyên lý của giải pháp: Cọc tràm và cọc tre là giải pháp cơng nghệ mang tính
truyền thống để xử lý nền cho cơng trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu, nền đất
luôn luôn ở trạng thái ẩm ướt (Hình 1.3). Đóng cọc tre tươi dài 2 ÷ 3,5m mật độ 16 ÷
25cọc/m2 và cừ tràm dài 3 ÷ 5m mật độ 16 ÷ 25cọc/m2 trên phủ một lớp cát đệm.
– Phạm vi áp dụng: Giải pháp được sử dụng khi lớp đất yếu nằm gần mặt đất
thiên nhiên, không dày và chiều cao đất đắp không quá lớn, yêu cầu đất bùn yếu, phải
bão hòa nước quanh năm (nếu có nước các cọc này có thể tồn tại nhiều năm, nhưng
nếu khô, cọc sẽ bị mục, mối). Giải pháp có thể coi như thay một lớp đất trong phạm vi
cọc do đất bị thu nhỏ thể tích, tăng cường độ và bản thân cọc cũng làm cứng đất.
Hình 1.3: Thi cơng đóng cọc cừ tràm [17]
– Ưu điểm: Khơng cần thời gian chờ cố kết, sau khi đóng cọc có thể đắp nền
được ngay; thi cơng đơn giản, thiết bị chủ yếu là máy đào (để đóng cọc); có thể dùng
nhân lực đóng, khơng cần thiết bị đầm lèn; có thể đẩy nhanh tiến độ xây dựng; khơng
cần đào hố móng, nhất là khi đào thành hố móng khơng ổn định.
– Nhược điểm: Khơng có tác dụng khi lớp địa chất yếu nằm sâu, chiều dày lớn
hoặc những khu vực hiếm vật liệu làm cọc, giá thành có thể đắt.
e. Giải pháp thay thế nền
– Nguyên lý của giải pháp: Để tận dụng khả năng các lớp dưới của đất nền, đào
bỏ lớp đất yếu ở phía trên giáp với móng (đào một phần hoặc tồn bộ đất yếu) và thay
thế bằng đất, đá có cường độ chống cắt lớn hơn, dễ thi công và là vật liệu địa phương.
– Phạm vi áp dụng: Thường được sử dụng cho những trường hợp lớp đất thay thế
nằm trên mực nước ngầm; bề dày lớp đất yếu từ 3m trở xuống; đất yếu là than bùn
hoặc loại sét, á sét dẻo mềm, dẻo chảy; khi các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ mà
việc cải thiện nó bằng cách cố kết sẽ khơng có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế
của nền đắp.
– Ưu điểm: Tăng ổn định, giảm độ lún và thời gian lún; giải pháp thi công đơn
giản, thiết bị chủ yếu là máy đào và các thiết bị vận chuyển; không cần thời gian chờ
cố kết, sau khi thay đất có thể đắp nền được ngay.
– Nhược điểm: Khơng có tác dụng khi lớp địa chất yếu nằm sâu hay dày; cần
phải có bãi thải đất đổ đi với diện tích lớn.
9
f. Giải pháp dùng cọc đất gia cố xi măng, vôi
– Nguyên lý của giải pháp: Dùng các trang thiết bị trộn sâu chuyên dụng để trộn
đất yếu tại chỗ với xi măng hoặc vôi và tạo ra các cột đất gia cố xi măng hoặc vôi mềm
hoặc nửa cứng. Các cột này vừa thay thế một phần đất yếu lại vừa chèn vào trong yếu
tạo ra các hạn chế nở hông theo phương ngang đối với đất yếu, tạo ra lực ma sát giữa
cột đất yếu với đất yếu và từ đó tạo ra cơ chế làm việc giữa cột với đất yếu khi chịu tải
trọng đắp phía trên, dẫn đến tăng sức chịu tải và giảm độ lún của đất yếu, kể cả trường
hợp cọc có độ sâu đến hoặc không đến lớp địa chất chịu lực tốt. Cọc đất gia cố xi
măng hay vôi sử dụng đất yếu tại chỗ trộn thêm tỷ lệ xi măng hay vôi bột, được gia cố
tăng cường độ, ổn định trong nước, biến thành các cọc chịu lực làm tăng khả năng chịu
lực của nền móng.
– Về cơng nghệ thi cơng: Gồm có cơng nghệ trộn phun ướt (Wet Jet Mixing
Method) và công nghệ phun khô (Dry Het Mixing Method).
– Phạm vi áp dụng: Đây là giải pháp cơng nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất
yếu, thường được áp dụng để xử lý các đoạn đường đất yếu ở những đoạn đường có
chiều cao đất đắp lớn hoặc các vị trí đường đầu cầu và qua các cống do yêu cầu độ lún
còn lại nhỏ.
– Ưu điểm: Khả năng chịu lực rõ ràng, nếu chất lượng thi công tốt; sử dụng trong
vùng có đất rất yếu dày, nằm sâu; không cần thời gian cố kết; tiến độ thi công nhanh
và đặc biệt hiệu quả trong những dự án có số lượng cọc nhiều.
– Nhược điểm: Phải có thiết bị thi công riêng; tốn xi măng hay vôi; thời gian thi
cơng cọc gia cố chậm hơn bấc thấm, giếng cát.
Hình 1.4: Thiết bị thi công cọc xi măng đất [17]
g. Giải pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng bằng bấc thấm
– Nguyên lý của giải pháp: Đây là một trong những giải pháp chính để tăng
cường độ của đất nền yếu, làm giảm hàm lượng nước chứa trong đất bằng cách cắm
vào trong đất yếu một vật liệu dẫn nước tốt như bấc thấm; trên phủ lớp cát đệm để
thoát nước ngang (gần đây dùng bấc thấm đặt ngang để tăng khả năng thoát nước
ngang). Bấc thấm làm bằng vật liệu tổng hợp có khả năng dẫn nước tốt (vải ĐKT bọc
10
bản nhựa), dùng máy cắm bấc thấm ấn bấc thấm xuống. Chiều dài của bấc thấm thơng
thường từ 10 ÷ 20m, có thể tới 28 ÷ 30m. Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng
sau: Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải ĐKT bọc ngồi vào lõi chất dẻo;
lõi chất dẻo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thốt ra ngồi khỏi nền đất
yếu bão hòa nước.
– Phạm vi áp dụng: Bấc thấm được sử dụng phổ biến trong vùng có đất yếu dày
và sâu (Hình 1.5), một số tài liệu khuyến cáo khơng nên dùng trong đất bùn có hàm
lượng chất hữu cơ cao, do các sợi hữu cơ bị hút vào bấc thấm, làm tắc đường dẫn
nước, tuy nhiên vấn đề này chưa được kết luận; khơng dùng khi phía trên lớp đất yếu
là đất cứng, không ấn được cần dẫn bấc thấm.
– Ưu điểm: Sử dụng trong vùng có đất yếu dày, nằm sâu; thiết bị thi công
tương đối đơn giản, thường cải tiến từ máy đào, cần cẩu thủy lực; tiến độ thi công
nhanh (hơn cọc cát, giếng cát); tiết kiệm được khối lượng đào đắp (nếu thay đất),
giảm được chi phí vận chuyển.
– Nhược điểm: Khơng có tác dụng thay đất như giếng cát hay cọc cát; chiều sâu
cắm bấc thấm sâu hạn chế hiệu quả thoát nước do bấc thấm có thể bị biến dạng, khơng
thẳng, có thể bị đứt, nếu bấc thấm dài > 20m; bấc thấm bị xoắn, gập, biến dạng khi nén
lún, giảm khả năng thoát nước; khi mực nước ngầm thay đổi lớp vải ĐKT bị lão hóa,
mất khả năng lọc thốt nước.
Hình 1.5: Giải pháp thi cơng bấc thấm [17]
h. Giải pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng bằng giếng cát, cọc cát
– Nguyên lý của giải pháp: Xử lý nền đất yếu bằng cách cho thoát nước thẳng
đứng bằng mao dẫn thông qua các cọc bằng cát trung hoặc thơ, giúp nước lỗ rỗng thốt
ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; cọc cát
có đường kính từ 30 ÷ 50cm phổ biến là 40cm có hệ số thấm lớn với chiều dài có thể
tới 28 ÷ 30m (giếng cát có chiều dài nhỏ hơn), xuyên qua các lớp đất yếu. Do tính chất
mao dẫn, nước được dẫn theo chiều thẳng đứng, sau đó được chảy ngang theo lớp đệm
cát đặt trên đỉnh các cọc cát hay giếng cát (Hình 1.6). Giải pháp thi cơng là dùng máy
khoan hay ấn các ống thép rỗng đến độ sâu cần thiết, sau đó lèn chặt cát hạt thơ hay
trung bằng rung, khi rút lên đầu của ống mở ra, để lại cát (Hình 1.7).
11
– Phạm vi áp dụng: Sử dụng trong vùng có đất yếu dày, nằm sâu hơn bấc thấm;
được sử dụng rộng rãi để tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.
Tải trọng đắp
Đệm cát
Giếng cát
Hình 1.6: Sử dụng giếng cát để gia cố xử lý nền
– Ưu điểm: Khả năng chống thấm, mất ổn định trượt sâu cao hơn bấc thấm, vì
ngồi tác dụng chính là thốt nước để cố kết đất, cịn có tác dụng cải thiện đất ngay
trong q trình thi cơng cọc cát (lèn đất và thay đất yếu bằng cát trung trong các cọc
cát); giá thành rẻ hơn bấc thấm; quá trình cố kết của đất nền khi gia cố bằng cọc cát
nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hay nền gia cố bằng cọc cứng.
– Nhược điểm: Phải có thiết bị thi cơng, nhất là khi cần cắm cọc cát sâu hơn
20m; phải tốn cát có hệ số thấm cao để lấp cọc, thường dùng cát hạt trung, hạt thô
được sàng tuyển kỹ; tiến độ thi cơng chậm hơn bấc thấm.
Hình 1.7: Thi công cọc cát để gia cố xử lý nền [17]
i. Giải pháp cọc BTCT kết hợp sàn giảm tải
– Nguyên lý của giải pháp: Tại các vị trí đường đầu cầu tiếp giáp mố, đắp cao
trên nền đất yếu, thường làm sàn giảm tải là các bản BTCT dày từ 20 ÷ 30cm đặt trên
móng cọc đóng hay ép. Sàn giảm tải sẽ chịu toàn bộ hay một phần của nền đắp và
truyền xuống cọc (Hình 1.8).
– Phạm vi áp dụng: Sàn giảm tải hiện nay được dùng phổ biến ở đầu cầu và hai
bên cống lớn. Đối với những đoạn nền đường đắp cao (> 5m) yêu cầu độ lún cịn lại
nhỏ và tiến độ thi cơng gấp, thì giải pháp dùng cọc BTCT kết hợp sàn giảm tải được áp
dụng nhiều.
12
– Ưu điểm: Khả năng chịu lực rõ ràng, độ rủi ro thấp; sử dụng trong vùng có đất
rất yếu dày, nằm sâu; không cần thời gian đợi cố kết, do vậy có thể thi cơng ngay cọc
mố, khơng sợ bị ma sát âm; tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu, giảm
thiểu độ lún nền đất, rút ngắn thời gian thi công.
– Nhược điểm: Kinh phí lớn; cần thiết bị thi cơng đóng cọc hay ép cọc.
Hình 1.8: Giải pháp thi cơng cọc BTCT và sàn giảm tải [17]
1.2.3. Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế và thi công nền đường ô tô đắp trên
đất yếu
a. Các yêu cầu khi thiết kế nền đắp trên đất yếu
* Độ lún và độ cố kết
– Độ lún: Phần độ lún cố kết cho phép còn lại S tại trục tim của nền đường sau
khi hoàn thành cơng trình phải ở dưới mức cho phép (u cầu về biến dạng). Theo tiêu
chuẩn 22TCN 262 – 2000, đối với đường cao tốc và đường cấp 80 độ lún cố kết cho
phép còn lại S tại trục tim đường sau khi hồn thành cơng trình đối với đoạn nền đắp
trên đất yếu gần mố cầu S 10cm; đối với đường cấp 60 trở xuống có tầng mặt cấp
cao A1 thì S 20cm.
– Độ cố kết: Theo tiêu chuẩn Đường ôtô – Yêu cầu thiết kế TCVN 4054 – 2005
thì độ cố kết U 90%.
* Độ ổn định
Nền đắp trên đất yếu phải đảm bảo ổn định, khơng bị lún trồi và trượt sâu trong
q trình khai thác sau này. Nói cách khác là phải tránh gây ra sự phá hoại trong nền
đất yếu trong và sau khi thi công làm hư hỏng nền đắp cũng như các cơng trình xung
quanh, tức là phải đảm bảo cho nền đường luôn luôn ổn định.
Theo tiêu chuẩn 22TCN 262 – 2000 thì:
– Khi áp dụng phương pháp nghiệm tốn ổn định theo phương pháp phân mảnh
cổ điển với mặt trượt trịn kht sâu vào vùng đất yếu thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin
= 1,2 hoặc Kmin = 1,1 (khi dùng kết quả thí nghiệm cắt nhanh khơng thốt nước trong
phịng thí nghiệm).
– Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm tốn ổn định thì hệ số ổn định nhỏ
nhất Kmin = 1,4.
