Nghiên cứu một số giải pháp xử lý nền cho phần đường sắt mở rộng

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

VŨ ĐỨC TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
CHO PHẦN ĐƯỜNG SẮT MỞ RỘNG
Chuyên ngành : Cầu, tuynen và các công trình xây dựng khác trên
đường ôtô và đường sắt
Mã số ngành : 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10-2004


2

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. CHÂU NGỌC ẨN
ThS. TRẦN QUANG HỘ

Cán bộ chấm nhận xét 1

: PGS.TS. NGUYỄN XUÂN VINH

Cán bộ chấm nhận xét 2

: TS. LÊ BÁ KHÁNH

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 25 tháng 12 naêm 2004


3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-----------------------

---------------------------TP. Hồ Chí Minh ngày 25 tháng 12 năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Họ tên họcviên
: Vũ Đức Tiến
Phái
: Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 05/02/1966
Nơi sinh : TP. Nam Định
Chuyên ngành
: Cầu, tuy nen và các công trình xây dựng khác trên
đường ô tô và đường sắt.
Mã số học viên
: CA13-029
I/- TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu một số giải pháp xử lý nền cho phần đường sắt mở rộng.
II/- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1/. NHIỆM VỤ: Nghiên cứu một số giải pháp xử lý nền cho phần đường sắt mở
rộng vị trí liền kề đường cũ nhằm phù hợp điều kiện địa chất đất
nền, trong điều kiện thi công phải đảm bảo tuyệt đối an toàn khai
thác đường sắt cũ và trên đường sắt mới khi đưa vào sử dụng sau
này.
2/. NỘI DỤNG: Luận văn gồm 3 chương.
Mở đầu.
Chương I: Tổng quan về các nghiên cứu và các công trình sử dụng cọc đá ba
lát, cột đất xi măng, bấc thấm kết hợp gia tải trước, vải địa kỹ thuật.
Chương II: Các cơ sở lý thuyết về phương pháp tính toán tải trọng, đặc tính chịu
tải của đất và một số giải pháp xử lý móng nền đường dưới nền
đường đắp qua vùng đất yếu.
Chương III: Đề xuất một số giải pháp tính toán toán xử lý nền cho phần đường
sắt mở rộng. Phân tích đánh giá kết quả và kiến nghị.
Kết luận.
III/- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 09 tháng 02 năm 2004
IV/- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 09 tháng 10 năm 2004
V/- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.


4

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

TS. Châu Ngọc n

ThS. Trần Quang Hộ

CHỦ NHIỆM NGÀNH

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. Lê Văn Nam

TS. Lê Thị Bích Thủy

Nội dung và đề cương Luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông
qua
Ngày 25 tháng 12 năm 2004
TRƯỞNG PHÒNG ĐT- SĐH

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


5

LỜI CẢM ƠN

Được sự giúp đỡ của các quý Thầy Cô Khoa Kỹ
Thuật Xây Dựng, sự động viên của Gia đình, Anh chị em
bạn bè và đồng nghiệp cùng với sự nổ lực của bản thân,
Luận văn Thạc só của tôi đã hoàn tất. Mặc dù còn không
tránh khỏi một số hạn chế nhất định song nó cũng đã
đánh dấu một bước ngoặt lớn trong sự nghiệp nghiên cứu
khoa học của tôi. Xin cho tôi gởi lời cám ơn chân thành

đến quý Thầy Cô cùng Anh chị em bạn bè, đồng nghiệp
đã giúp đỡ tôi và đặc biệt cám ơn Tiến só Châu Ngọc Ẩn,
Thạc só Trần Quang Hộ người đã trực tiếp hướng dẫn tôi
để hoàn thành luận văn này.
Vũ Đức Tiến


6

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hiện nay có nhiều giải pháp đã và đang được áp dụng để xử lý móng nền
đường khi đi qua vùng đất yếu. Tuyến Đường sắt Hà nội – Thành phố Hồ Chí
Minh được xây dựng cách đây gần cả 100 năm rất nhiều đoạn nền đường đi trên
vùng đất yếu. Đến nay đã nền móng đã cố kết và làm việc như một nền đất đàn
hồi. Việc mở thêm đường sắt mới tại một số ga trong điều kiện hiện đường sắt
mới được xây dựng ngay sát cạnh đường sắt cũ phải đảm bảo không gián đoạn
chạy tàu và an toàn tuyệt đối cho việc khai thác chạy tàu trên đường cũ cũng
như trên đường mới sau này. Hiện nay giải pháp truyền thống là đắp bệ phản áp
vẫn đang được áp dụng, tuy nhiên qua thực tế khảo sát cho thấy do nhiều nguyên
nhân khác nhau, qua vài năm nền đường vẫn chưa thật sự ổn định.
Hoạt tải đường sắt là rất lớn và là tải trọng trùng phục. Ứng suất trên mặt
đỉnh nền đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố (trong đó có chiều dày nền đá ba
lát). Mặt khác ở Việt Nam việc tính toán tải trọng tác dụng trên mặt đỉnh nền
đường sắt còn chưa có qui trình nên việc xác định tải trọng này còn theo quan
điểm của từng tổ chức tư vấn. Trong phạm vi Luận văn này phương pháp tính
toán áp dụng theo tài liệu Giáo khoa của Trường Đại học Đường sắt Bắc Kinh
[9], ngoài ra có tham khảo thêm tài liệu “phương pháp tính toán đường sắt thực
dụng – Tổng cục Đường sắt năm 1980”[5]. Kết quả qua tính toán cho thấy: ứng
suất do hoạt tải tác dụng xuống mặt đỉnh nền đường là 126kN/m2, lớn hơn ứng
suất thực tế đo được là 110kN/m2 [8]. Tuy nhiên để thiên về an toàn vẫn lấy để

trị số lớn để tính toán ổn định nền đường.
Dựa vào các kết quả thu được qua việc tính toán xử lý cho một trường hợp
cụ thể (ga Chí Thạnh – tuyến ĐSTN), luận văn nhằm đưa ra một số kiến nghị về
lựa chọn giải pháp xử lý cho phù hợp với điều kiện địa chất đất nền cụ thể của
từng ga và có sơ bộ so sánh giá thành xây dựng đồng thời cũng kiến nghị về

Luận văn Thạc só

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


7

phương pháp tính toán tải trọng làm cơ sở cho việc tính toán ổn định nền đường.
Đảm bảo trong quá trình thi công công trình không làm gián đoạn chạy tàu và an
toàn tuyệt đối cho khai thác chạy tàu trên đường cũ, cũng như khai thác trên
phần đường mới xây dựng sau này.

Luận văn Thạc só

HV: Vũ Đức Tiến CAUÑ13-029


8

MỤC LỤC

Trang

1. Sự cần thiết của đề tài được nghiên cứu

10

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

12

3. Phương pháp nghiên cứu

13

4. Nội dung nghiên cứu

14

5. Kết quả nghiên cứu

14

6. Bố cục chung của luận văn

15

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ CÁC CÔNG
TRÌNH SỬ DỤNG CỌC ĐÁ BA LÁT, CỘT ĐẤT XI
MĂNG, BẤC THẤM KẾT HP GIA TẢI TRƯỚC, VẢI
ĐỊA KỸ THUẬT.
1. Sơ lược về các giải pháp xử lý đất yếu dưới công trình

16

2. Tổng quan về giải pháp cọc vật liệu rời

16

3. Tổng quan về giải pháp cột đất vôi xi măng

18

4. Tổng quan về giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước

19

5. Tổng quan về giải pháp dùng vải địa kỹ thuật.

20

6. Tổng quan về các công trình có xử lý nền cho phần đường sắt
mở rộng

20

CHƯƠNG II: CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH
TOÁN TẢI TRỌNG, ĐẶC TÍNH CHỊU TẢI CỦA ĐẤT VÀ
MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÓNG NỀN ĐƯỜNG DƯỚI
NỀN ĐƯỜNG ĐẮP QUA VÙNG ĐẤT YẾU.
I. Phương pháp tính toán tải trọng đường sắt tác dụng xuống mặt đỉnh
nền đường đắp.

II. Đặt tính chịu tải của đất
Luận văn Thạc só

22
31
HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


9

III. Một số giải pháp xử lý móng nền đường

59

1. Giải pháp dùng cọc vật liệu rời (cát, sỏi, đá dăm)

59

2. Giải pháp dùng cột đất xi măng

75

3. Giải pháp dùng bấc thấm kết hợp gia tải trước

80

4. Giải pháp dùng vải địa kỹ thuật

90

CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN XỬ LÝ
NỀN CHO PHẦN ĐƯỜNG SẮT MỞ RỘNG. PHÂN TÍCH
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ.
I. Đề xuất một số giải pháp, tính toán xử lý nền cho phần đường sắt
mở rộng cho một công trình.

94

1. Tính toán tải trọng tác dụng lên mặt đỉnh nền đường sắt

94

2 Tính toán lún và ổn định mái dốc của công trình

99

2.1 Tính toán lún và ổn định mái dốc của công trình trong trường

hợp chưa dùng biện pháp gia cố.

103

2.2 Tính toán lún và ổn định mái dốc của công trình trong trường
hợp dùng biện pháp gia cố.

108

2.2.1 Giải pháp dùng cọc đá ba lát

108

2.2.2 Giải pháp dùng cột đất xi măng

114

2.2.3 Giải pháp dùng bấc thấm kết hợp gia tải bằng phương
đắp từng lớp.

120

2.2.4 Giải pháp dùng vải địa kỹ thuật

127

II. Phân tích đánh giá kết quả và kiến nghị

129

1. Phân tích kết quả tính toán.

129

2. Đánh giá và kiến nghị

131

KẾT LUẬN

134

TÀI LIỆU THAM KHẢO

138

Luận văn Thạc só

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


10

MỞ ĐẦU
1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ĐƯC NGHIÊN CỨU.
1.1. Sơ lược giới thiệu về lịch sử Đường sắt Việt Nam
- Đường sắt Việt Nam được xây dựng từ những năm cuối thế kỷ 19 do
chính quyền Pháp chủ xướng. Đường sắt xuyên Việt: Hà Nội – Sài Gòn được
xây dựng xong và đưa vào khai thác vào những năm đầu thế kỷ 20. Trải qua 2
cuộc chiến tranh tuyến đường bị đánh phá và đứt đoạn ở nhiều nơi và chỉ khai
thác trên một số đoạn. Sau khi giải phóng thống nhất đất nước, đến cuối năm
1976 tuyến Đường sắt Thống nhất đã được khôi phục xong nối liền Hà Nội – TP.
Hồ Chí Minh.
- Tuyến đường sắt Thống nhất đi qua các tỉnh miền Trung đều đi sát biển,
qua các nơi có địa chất phức tạp như : khu vực đèo Hải vân, khu vực có nền đất
yếu thuộc địa phận các tỉnh Ninh Bình, Thanh Hoá, Phú Yên, Khánh Hòa … Mặt
khác do tính chất cấp bách phục vụ nhu cầu đi lại nên trong quá trình khôi phục
còn nhiều đoạn nền đường khi khôi phục lại không được xử lý kỹ thuật triệt để
nên hiện nay trong quá trình khai thác thường phải giảm tốc độ về mùa mưa.
1.2. Tình trạng kỹ thuật về cầu đường trước đây và hiện nay.
- Đường sắt Việt Nam được xây dựng theo tiêu chuẩn khổ đường hẹp
1000mm. Trước đây do nhu cầu khai thác vận tải thấp nên hầu hết tại các ga

nhường tránh chỉ có hai đường, chiều dài sử dụng ngắn. Tải trọng thiết kế cho
cầu đường thấp, sức kéo hạn chế, năng lực thông qua thấp …
- Sau khi khôi phục lại tuyến đường sắt Thống nhất vẫn giữ nguyên khổ
đường cũ và đã thực hiện nhiều dự án để nâng cấp cầu đường phục vụ khai thác
vận tải. Các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế sửa chữa cầu cống áp dụng theo “Qui
trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn năm 1979” có tham khảo Qui

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CAUÑ13-029


11

trình 1959 của Trung Quốc. Các tiêu chuẩn thiết kế sửa chữa đường áp dụng
theo “Qui phạm kỹ thuật thiết kế đường sắt khổ 1000mm”
- Bộ Giao thông vận tải đã quyết định đầu tư một số dự án sửa chữa cầu,
đường sắt trên tuyến ĐSTN như : dự án “Đường, ga, kiến trúc, cống”, dự án
“Các cầu có L < 50m”, dự án “Các cầu yếu” … thay kiến trúc tầng trên cũ bằng
kiến trúc tầng trên mới, sửa chữa cầu cống tạm khi khôi phục, các cầu yếu
không đảm bảo an toàn và gần đây là một số dự án thay cầu mới bằng vốn vay
ODA của Nhật để nâng cao tốc độ tàu chạy và đảm bảo khai thác với tải trọng
Đầu máy mới.
1.3. Các yêu cầu cụ thể về cầu đường (hạ tầng cơ sở đường sắt) trong các
đề án rút ngằn hành trình chạy tàu Bắc – Nam.
- Cùng với sự đổi mới phát triển của đất nước, ngành Đường sắt đã lập
các đề án để rút ngắn hành chạy tàu Bắc – Nam từ 72h sau khi khôi phục năm
1976 xuống lần lượt 60h, 56h, 48h, 34h, 30h và hiện nay đã chạy thử hành trình
29h.
- Dự án “Đường, ga, kiến trúc, cống” tuyến đường sắt Thống nhất được

Bộ Giao thông vận tải phê duyệt Quyết định đầu tư năm 1997, trong đó có các
công trình đặt thêm và kéo dài các đường ga mới đảm bảo không để 3 ga liền
nhau có 2 đường nhường tránh và chiều dài sử dụng các đường nhường tránh ≥
400m.
- Trong thời gian tới có các dự án mới nhằm nâng cao năng lực cho tuyến
đường sắt Thống nhất đoạn từ Vinh đến Nha trang đang trình Chính phủ phê
duyệt quyết đầu tư trong đó có mở thêm các đường nhường tránh tại các ga bảo
đảm tất cả các ga đều có ít nhất 3 đường và các đường nhường tránh đều có
chiều dài ≥ 400m. Dự án đường sắt xuyên Á Sài Gòn – Lộc Ninh đang trình

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


12

Chính phủ phê duyệt Quyết định đầu tư. Dự án xây dựng đường sắt mới Sài Gòn
– Mỹ Tho đang trong giai đoạn nghiên cứu khả thi …
1.4. Đặc điểm công trình đường sắt [12].
- Nền đường sắt mở rộng tại các ga liền kề ngay đường đang khai thác
chạy tàu. Mặt đỉnh nền đường ngoài khu gian có chiều rộng 5m và được mở rộng
về phía lưng đường cong (độ mở rộng phụ thuộc vào bán kính đường cong).
Trong ga khoảng cách giữa tim đường chính tuyến với tim đường nhường tránh là
6m do vậy phần mở rộng nền đường để đặt đường mới rộng 6m. Nhà ga nói
chung thường được đặt ở các vị trí nền đào hoặc đắp thấp. Chiều cao đắp thường
chỉ từ 2–3m.
- Công trình thiết kế mở rộng nền đường để đặt đường sắt mới trong ga
được thi công trong điều kiện vẫn phải đảm bảo tốc độ và an toàn chạy tàu. Quá
trình thi công đắp nền đường và xử lý nền đường phải đảm bảo không gây lún,

nứt nền đường đang khai thác.
- Khi đưa đường mới vào khai thác phải đảm bảo nền đường ổn định,
không lún dẫn đến làm lệch thủy bình đường ray, lún cục bộ đe dọa đến an toàn
chạy tàu.
1.5. Tình hình địa chất tuyến đường sắt đi qua.
Một số các ga dọc tuyến ĐSTN cần mở rộng nền đường nằm trên vùng
đất yếu (đất có sức chịu tải kém và tính nén lún cao). Do vậy việc xem xét tính
toán các giải pháp gia cường nhằm giữ ổn định nền đường hợp lý với điều kiện
địa chất và yêu cầu của công trình là điều hết sức cần thiết.
Từ những phân tích trên đây, đề tài nghiên cứu được mang tên là:
“NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO PHẦN ĐƯỜNG SẮT MỞ RỘNG”.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


13

- Việc xây dựng mở rộng nền đường sắt của nước ta hiện nay còn gặp
nhiều khó khăn nhất định, trong đó còn có những hạn chế nhất định trong việc sử
dụng các giải pháp gia cường mới như: sử dụng cọc vật liệu rời (cọc đá dăm,
sỏi), cột đất xi măng, bấc thấm kết hợp gia tải trước (bằng đắp gia tải hoặc hút
chân không), vải địa kỹ thuật … mà vẫn đang áp dụng giải pháp cổ điển dùng bệ
phản áp - quá trình lún rất lâu, xử lý không triệt để gây khó khăn trong việc đưa
công trình vào khai thác sử dụng.
- Quá trình sửa chữa nâng cấp đường sắt đều đưa ra ngoài một lượng đá
dăm không còn tận dụng lại làm nền ba lát từ 40-50% (khoảng 400-500m3/km).

Lượng đá dăm này nếu có thể tận dụng làm cọc vật liệu rời gia cường nền
đường.
- Vì vậy mục tiêu của đề tài là đi nghiên cứu một số giải pháp gia cường
nêu trên, đề xuất một phương pháp thích hợp với tình hình địa hình và địa chất
cụ thể thay cho việc dùng phương pháp đắp bệ phản áp truyền thống hiện vẫn
đang được sử dụng để tăng cường sức chịu tải cho nền móng và sự ổn định cho
nền đường.
- Đề tài này có thể được mở rộng áp dụng cho việc gia cố nền đường cho
đoạn tuyến đường sắt xây dựng mới qua vùng đất yếu và có thể đi sâu áp dụng
cho gia cố nền đường cho đường sắt tải trọng nặng, tốc độ cao.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
3.1. Nghiên cứu lý thuyết.
Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước có đề cập đến việc nghiên
cứu các giải pháp gia cường trên để làm cơ sở khoa học cho đề tài.

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


14

Hình 1 : Mặt cắt ngang mở rộng nền đường sắt tại ga.
3.2. Nghiên cứu thực nghiệm.
Dựa trên các tiêu chuẩn Việt Nam để thực hiện các khảo sát về :
- Tính chất cơ lý của đất nền trong phòng thí nghiệm và hiện trường :

c, ϕ , γ , w …
- Các chỉ tiêu về tính toán cố kết : a v , C v , C c , Cs …
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.

4.1. Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của tải trọng đoàn tàu
tác dụng xuống thân nền đắp để từ đó chọn phương pháp xác định hoạt tải phù
hợp.
4.2. Nghiên cứu về đăïc tính chịu tải của đất theo cơ học trạng thái tới hạn.
4.3. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các giải pháp xử lý gia cường đất nền
của cọc vật liệu rời, của cột đất xi măng, của bấc thấm kết hợp gia tải và của vải
địa kỹ thuật.
4.4. Phân tích, đánh giá các kết quả thu được từ việc ứng dụng các giải
pháp trên trong điều kiện địa chất đất nền cũng như điều kiện đặc thù trong thi

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


15

công của ngành đường sắt để từ đó kiến nghị biện pháp gia cường thích hợp
nhất.
5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.
Qua việc phân tích đánh giá một công trình thông qua một số các tiêu chí
cụ thể về kỹ thuật về kinh tế, kiến nghị phương án lựa chọn về :
- Phương pháp tính toán hoạt tải đường sắt tác dụng xuống mặt đỉnh nền
đường sắt là cơ sở cho việc tính toán sức chịu tải của đất nền và ổn định nền đắp
đường sắt.
- Giải pháp xử lý cho nền móng nền đường sắt cho phù hợp với điều kiện
địa chất, điều kiện thi công công trình và với yêu cầu về đặc tính kỹ thuật đường
sắt khi đưa công trình vào khia thác xử dụng.
- Giá thành công trình, công nghệ thi công trong điều kiện hiện nay.
6. BỐ CỤC CHUNG CỦA LUẬN VĂN.

Mở đầu.
Chương I: Tổng quan về các nghiên cứu và các công trình sử dụng cọc đá
ba lát, cột đất xi măng, bấc thấm kết hợp gia tải trước, vải địa kỹ thuật.
Chương II: Các cơ sở lý thuyết về phương pháp tính toán tải trọng, đặc
tính chịu tải của đất và một số giải pháp xử lý móng nền đường dưới nền đường
đắp qua vùng đất yếu.
Chương III: Đề xuất một số giải pháp tính toán toán xử lý nền cho phần
đường sắt mở rộng. Phân tích đánh giá kết quả và kiến nghị.
Kết luận.

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


16

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ CÁC CÔNG TRÌNH SỬ
DỤNG CỌC ĐÁ BA LÁT, CỘT ĐẤT XI MĂNG, BẤC THẤM KẾT
HP GIA TẢI TRƯỚC, VẢI ĐỊA KỸ THUẬT.
1. Sơ lược về các giải pháp xử lý nền đất yếu dưới công trình:
Có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu. Các giải pháp khác nhau đều nhằm
mục đích làm tăng sức chịu tải của đất nền, giảm độ lún công trình, giữ ổn định mái
dốc, rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí xây dựng. Việc lựa chọn một trong
các giải pháp như: cải tạo đất bằng gia cố cọc vật rời hoặc cột đất trộn vôi - xi
măng vật liệu trộn (phương pháp trộn sâu), bằng thoát nước (bấc thấm kết hợp gia
tải trước) và gia cố nền đắp và đất nền bằng vải địa cơ, lưới thép hoặc sử dụng các
vật liệu nhẹ như polyetylen đã kéo dãn … với từng điều kiện địa chất của đất nền và
với tính chất từng loại công trình trở nên đặc biệt quan trọng.

Trong thực tế chủ yếu có thể chia làm 3 nhóm biện pháp xử lý nền đất yếu
như sau:
- Biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền đất
yếu.
- Biện pháp làm tăng nhanh độ chặt của nền đất yếu.
- Biện pháp gia cường khả năng chịu tải cho đất nền, chống mất ổn định cho
công trình.
2. Tổng quan về giải pháp cọc vật liệu rời [2]
Cọc vật liệu rời thường là cát, sỏi hoặc đá ba lát được làm chặt và chèn vào
lớp đất nền yếu bằng phương pháp thay thế. Giải pháp này đã được nghiên cứu và

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


17

áp dụng ở một số nước như Nhật Bản, Thái Lan, Pháp… Các phương pháp tạo cọc
vật liệu rời chủ yếu được sử dụng gồm:
- Phương pháp nén chặt bằng rung động được sử dụng để nâng cao độ chặt
của đất rời không dính bằng một bộ phận chìm trong đất nhờ trọng lượng bản thân
cùng với sự trợ giúp của nước và rung động. Sau khi đạt tới độ sâu cần thiết bộ
phận rung động được rút từ từ lên và chỗ đó được làm đầy lại bằng cọc vật liệu rời.
- Phương pháp thay thế bằng rung động được sử dụng để cải tạo các loại đất
dính có lực dính > 40kN/m2 và với thiết bị tương tự như phương pháp nén chặt bằng
rung động. Bộ phận rung động được nhấn chìm trong đất nhờ trọng lượng bản thân
với sự trợ giúp của tia nước hoặc khí phun đến độ sâu dự định. Khi rút lên một lỗ
khoan được tạo ra, được lấp đầy từng phần bằng đá, sỏi và được làm chặt bởi máy
rung đặt đáy bộ phận rung.

- Phương pháp rung động kết hợp được áp dụng cho đất sét mềm yếu khi
mực nước ngầm cao. Cọc thường sử dụng là cọc cát, được tạo ra bằng cách đóng
ống chống xuống chiều sâu dự định, đổ cát vào ống rồi nhấc lên từ từ bằng búa
rung hoạt động từ đáy ống.
- Phương pháp khoan tạo lỗ theo phương pháp này vật liệu rời được đổ vào
trong lỗ khoan trước theo từng giai đoạn và được đầm chặt bằng quả nặng.
Xử lý bằng giải pháp này làm tăng sức chịu tải của đất nền, tăng độ ổn định
của công trình lên nhiều cũng như làm giảm đáng kể độ lún của công trình. Tuy
nhiên qua thực tế cho thấy giá thành còn cao (khoảng 220F/m) {3} nên ngay ở Pháp
cũng chỉ dùng để gia cố cục bộ nền móng: móng nhà, móng kho xi lô, đoạn đường
vào cầu … Ở Việt Nam chưa thấy được áp dụng.

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


18

3. Tổng quan về giải pháp cột đất vôi xi măng [12], [16]
Giải pháp dùng cột đất vôi xi măng để gia cố nền đất yếu đã được nghiên
cứu và sử dụng nhiều ở các nước trên thế giới và bước đầu ở Việt Nam
- Năm 1995 Viện Tiêu chuẩn Anh đã ban hành Tiêu chuẩn BS 8006– Tiêu
chuẩn thực hành đất và các loại vật liệu đắp khác có gia cường (có cốt) với giải
pháp xử lý nền bằng cột đất xi măng kết hợp trải vải địa kỹ thuật chịu kéo trên mặt
đất nền đã được gia cố để đảm bảo phân bố đều tải trọng đảm bảo không lún cục
bộ.
- Năm 1994 UBND Thành phố Thượng Hải - Trung Quốc đã ban hành qui
phạm kỹ thuật xử lý nền móng bằng cột đất xi măng. Lượng xi măng thường dùng
180kg – 250kg /1m3 đất gia cố. Nếu dùng phương pháp trộn ướt tỉ lệ nước/xi măng

(N/XM) có thể lấy từ 0,45 – 0,55.
- Ở Việt nam, năm 2000 – 2001 ở Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, tác
giả Bùi Tấn Mẫn đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng với đất bùn sét tại xã An
Thới Đông, Huyện Cần Giờ như sau: Thí nghiệm nén một trục nở hông xác định
ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính (vôi, ximăng) đến độ bền nở hông của đất
gia cố. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ PH đến độ bền của đất gia cố: thí
nghiệm nén nở hông với mẫu chế bị có độ PH khác nhau cho hỗn hợp đất với 6%
vôi + 6% ximăng. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tro trấu đến độ bền nở hông:
nén nở hông cho mẫu chế bị có hàm lượng tro trấu từ 0% đến 7,5% so với trọng
lượng đất ẩm với hàm lượng chất kết dính 6% vôi + 6% ximăng.
- Ngoài ra Viện Khoa học công nghệ xây dựng – Bộ Xây dựng có nhiều
nghiên cứu thực nghiệm về cột đất xi măng, giải pháp này cũng đã được tính toán

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


19

để xử lý cho công trình nhà máy nước Vụ Bản – Nam Định, qua báo cáo đánh giá
thiết kế xử lý – tháng 5 năm 2003.
4. Tổng quan về giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước [6], [10].
Bấc thấm được phát minh từ những năm 1930, đến năm 1970 với sự ra đời
của bấc thấm làm bằng vật liệu tổng hợp, bấc thấm mới bắt đầu được sử dụng rộng
rãi trên thế giới. Với ưu thế nổi bật so với phương pháp thoát nước truyền thống là
giếng cát về giá thành, về thi công thuận lợi và dễ dàng cắm đến độ sâu lớn (đến
50m ở công trình đường băng Changi – Sinhgapo).
Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cũng như giếng cát, đó là bài toán
tính lún cố kết với việc xác định chiều dài cắm bấc thấm, khoảng cách cắm bấc

thấm và áp lực gia tải để đạt độ lún cố kết yêu cầu trong thời gian yêu cầu một
cách kinh tế nhất. Đóng góp lớn nhất để giải bài toán cố kết có thoát nước thẳng
đứng là những nghiên cứu của Baron năm 1948 và đến năm 1979 Hansbo đã phát
triển thêm ảnhn hưởng của hiệu ứng xáo trộn của đất và dưa ra lời giải đơn giản
hơn. Gần đây qua những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, Onoue (năm 1991),
Hird và Mosely năm 1997 còn đánh giá việc chọn đường kính của đới phá hoại gấm
2 lần đường kính tương đương của thiết bị cắm bấc thấm là quá an toàn, kiến nghị
chỉ lấy bằng 1,6 lần.
Ở Việt Nam bấc thấm được sử dụng rộng rãi trong xử lý nền đất yếu khoảng
hơn mười năm nay, đặc biệt trong các công trình giao thông và thủy lợi. Bộ giao
thông đã biên soạn và lần lượt ban hành các tiêu chuẩn: Qui trình kỹ thuật thi công
và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng nền đường trên đất yếu 22TCN 236-97, Qui
trình thiết kế xử lý đất yếu và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng nền đường
22TCN 244-98, Qui trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN
262-2000.
Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


20

Ngoài những ưu việt của việc sử dụng bấc thấm trong xử lý đất yếu còn một
số tồn tại như kết quả cố kết thực tế / lún còn chưa phù hợp với tính toán ban đầu,
còn xảy ra tình trạng mất ổn định, sụt trượt trong quá trình gia tải. Các qui định hiện
hành cũng còn chưa nêu rõ những loại đất nên và không nên sử dụng bấc thấm.
5. Tổng quan về giải pháp sử dụng vải địa kỹ thuật [6], [14]
Vải địa kỹ thuật có nhiều chức năng như: phân cách giữa các loại vật liệu,
tiêu thoát nước, lọc thấm nước, gia cố cơ học và bảo vệ công trình. Tùy theo từng
lónh vực mà sử dụng chức năng chính của vải. Các nghiên cứu về gia cố đất bằng

các loại vải địa kỹ thuật được thực hiện ở Pháp từ hàng chục năm nay. Các nghiên
cứu đã chỉ ra rằng đặc tính làm việc chung của vật liệu đất – vải địa kỹ thuật phụ
thuộc vào tính chất cơ học của vải cũng như vào qui luật thay đổi lực ma sát giữa
đất và vải. Ứng dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường ổn định cho mái dốc đã được
ứng dụng rộng rãi tại Pháp trong nhiều năm nay. Mới đây nhất là công trình xây
dựng đường cao tốc A43 miền Nam nước Pháp
Ở Việt Nam đã có qui trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu
22TCN 262-2000 tính toán sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định
của nền đắp trên đất yếu.
Việc sử dụng vải địa kỹ thuật tuy có rất nhiều lợi ích, tuy nhiên khả năng
ứng dụng nó để xử lý cho phần đường mở rộng trên nền đất yếu cũng cần được xem
xét thêm.
6. Tổng quan về việc xử lý nền cho phần đường sắt mở rộng.
Để tăng năng lực thông qua trên tuyến đường sắt Thống Nhất, tại một số ga
cần phải đặt thêm đường mới có chiều dài khoảng 400m. Đường mới được thiết kế,
nằm liền kề đường chính tuyến thường xuyên chạy tàu, nằm trên nền đất yếu cần

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


21

thiết phải xử lý. Đường sắt đang khai thác đã qua gần 100 năm xây dựng nên coi
như đã cố kết và tắt lún nên việc chọn giải pháp xử lý đất nền để quá trình xây
dựng đường mới không làm gián đoạn đến đường sắt chính tuyến và giữ ổn định cho
nền đường cũ là đặc biệt quan trọng.
Một số các ga như: ga Lương Sơn, ga Hải Vân, ga Chí Thạnh … nằm trên nền
đất yếu đã được thiết kế xử lý bằng phương pháp truyền thống là đắp bệ phản áp

mà chưa được áp dụng các biện pháp mới trong xử lý. Mặt khác việc xác định hoạt
tải trong quá trình tính toán ổn định mái dốc còn nhiều điều bất cập cần phải xem
xét thêm.
Trên thế giới, việc kiểm toán cường độ tuyến đường sắt hiện nay (trong đó
có phần tính ứng suất xuống đỉnh nền đường) đã được tính toán và đo đạc bằng thực
nghiệm [8], [11]. Phương pháp tính toán đường sắt thực dụng của Liên xô (cũ) tính
theo tải trọng của toa xe với quan điểm tải trọng tuy nhẹ hơn đầu máy nhưng là tải
trọng trùng phục dễ gây mỏi nền đường [5]. Tài liệu giáo khoa của Trøng Đại học
Đường sắt Bắc Kinh giới thiệu một phương pháp tính với tải trọng là tải trọng đầu
máy [9].
Ở Việt Nam việc tính toán cường độ tuyến đường sắt cũng chưa được biên
soạn thành qui trình tính toán. Một số các công trình nghiên cứu thiết kế tà vẹt bê
tông có áp dụng phương pháp tính toán cường độ tuyến đường của Liên Xô (cũ).
Các công trình có xử lý nền đường như đã nêu ở trên, khi tính toán đều coi cường
độ hoạt tải là tải trọng kiến trúc tầng trên và tải trọng đầu máy truyền đều trên một
diện tích với chiều dài là chiều dài đầu máy hiện nay và chiều rộng là chiều rộng
của lớp đá ba lát tiêu chuẩn. Phương pháp này tính toán đơn giản nhưng thực tế cho
thấy sau thời gian dài sau khi xây dựng xong, do nhiều nguyên nhân công trình chưa
thật sự ổn định, do đó cần được xem xét nghiên cứu thêm.
Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


22

CHƯƠNG II
CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG,
ĐẶC TÍNH CHỊU TẢI CỦA ĐẤT VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ MÓNG
NỀN ĐƯỜNG DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP QUA VÙNG ĐẤT YẾU.

I. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐƯỜNG SẮT (TĨNH TẢI
VÀ HOẠT TẢI) TÁC DỤNG XUỐNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP.
1. Tónh tải [13].
1.1. Xác định kết cấu kiến trúc tầng trên đường sắt.
- Các tuyến đường sắt của nước ta hiện nay chủ yếu khổ đường
1000mmm, dùng ray loại P43 hoặc P50 (trọng lượng 43kg/m hoặc 50kg/m dài)
của Liên xô hoặc Trung quốc. Tà vẹt dùng loại bê tông cốt thép hai khối, số
lượng 1440th/km đến 1760 th/km (trọng lượng 200kg/th, tính trung bình
1600th/km tương đương 320kg/m). Đá ba lát theo quy định của ngành Đường sắt
hiện nay dùng loại 3x5cm ; Chiều dày theo Quy phạm thiết kế đường sắt khổ
đường 1000mm từ 30cm – 50cm (lấy chiều dày tiêu chuẩn 30cm tương đương
1.680 kg/m). Phối kiện liên kết (gồm bu lông + cóc cứng + cóc đàn hồi) tính
trung bình 10kg/m.
- Tổng cộng trung bình trọng lượng kiến trúc tầng trên đường sắt trên 1m
dài:
2x43kg + 320kg + 1.684kg + 10kg = 2.100kg/m
1.2. Trọng lượng bản nền đắp.
- Mặt đỉnh nền đắp đường sắt trên đường thẳng theo Quy phạm thiết kế
đường sắt khổ 1000mm rộng 4,4m. Hiện nay quy định hiện hành của ngành
Đường sắt rộng 5m, phần nền đường mở rộng trong ga rộng 6m. Trên đường
cong, nền đường được mở rộng về phía lưng. Độ mở rộng tùy thuộc vào bán kính

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


23

đường cong và tốc độ thiết kế. Thông thường trong khu gian độ mở rộng về phía

lưng là 20cm.
- Nền đắp đường sắt theo Quy phạm thiết kế được đầm lén với hệ số K =
0,9. Mái dốc là 1/1,5 khi chiều cao nền đắp H < 6m, khi chiều cao H > 6m : 6m
đầu mái dốc là 1/1,5 ; kế tiếp mái dốc là 1/1,75.
2. Hoạt tải.
2.1. Lựa chọn tải trọng (loại đầu máy).
Để tính toán áp lực của đoàn tàu xuống mặt đỉnh nền đường ta áp dụng
phương pháp tính toán cường độ tuyến đường với kiến trúc tầng trên đã chọn, tốc
độ tàu chạy theo yêu cầu khai thác và tải trọng trục đầu máy toa xe hiện có.
Hiện nay trên đường sắt Thống nhất chủ yếu dùng các loại đầu máy :

Loại đầu
máy
Tiệp
Roumani
Đổi mới -TQ
n đô
Bỉ
GE - Mỹ

Tự
Ký
trọng
hiệu
(tấn)
D12E
56
D11H
56
D19E 81,6

D13E
72
D18E
84
D9E
52

Dài
(m)

Rộng
(m)

Cao
(m)

13,306
13,069
16,000
14,326
15,500
11,644

2,740
2,754
2,900
2,730
2,800
2,743

3,870
3,689
3,900
3,635
3,800
3,775

Số trục p lực
qO Vmax
hãm hãm
(tấn) (km/h)
(trục) (kg/tấn)
4
6
14
80
4
6
14
100
6
5
13,6 120
6
5
13
96
6
6
14

105
4
5
13
114

Để tính toán cường độ tuyến đường, hiện nay thường chọn chọn loại đầu
máy Bỉ ký hiệu D18E có tải trọng là 14tấn/trục, Vmax = 100 km/h là trường hợp
bất lợi nhất để tính toán.

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


24

2.2. Nguyên lý tính toán [9], [5].
- Tính toán cường độ tuyến đường nhằm xác định ứng suất của tải trọng
động (của đoàn tàu) lên đỉnh nền đường. Dùng nguyên lý cơ học phân tích ứng
suất và biến dạng của kiến trúc tầng trên khi chịu tác dụng lực động của đoàn
tàu. Kiến trúc tầng trên đường sắt là loại kết cấu công trình rất phức tạp, đồng
thời động lực của đầu máy toa xe tác dụng lên đường ray cũng rất phức tạp cho
nên lý luận về tính toán chưa được giải quyết triệt để và hoàn chỉnh. Do vậy
việc tính toán phải có những giả thiết ban đầu và sử dụng một số hệ số thực
nghiệm.
- Một số giả thiết cơ bản như sau :
+ Coi ray như một dầm dài vô hạn đặt trên nền đàn hồi liên tục.
+ Lực thẳng đứng của bánh xe nằm trong mặt phẳng đối xứng của ray,
không xét đến độ nghiêng của đế ray.

+ Trên đoạn đường thẳng lực tác dụng lên hai ray đều bẳng nhau, trên
đoạn đường cong ngoài lực thẳng đứng còn xét đến độ lắc ngang tác dụng vào
ray lưng.
+ Trạng thái đường và xe phù hợp với “qui trình quản lý đường sắt”
(chất lượng phù hợp với qui trình quản lý đường sau đại tu hoặc xây mới, bộ

Luận văn Thạc sỹ

HV: Vũ Đức Tiến CA13-029


25

bánh và phần trên lò xo của đầu máy và toa xe đúng tiêu chuan về dung sai cho
phép.
+ Công thức dùng để tính ứng suất uốn trong ray, áp lực tà vẹt, nền đá,
nền đường dưới tác dụng của tải trọng tónh vẫn đúng khi tính với tải trọng động
(bỏ qua ảnh hưởng do ray biến dạng dao động).
+ Tác dụng của lực ngang và lực thẳng đứng lệch tâm sẽ bằng lực
thẳng đứng nân với một hệ số f (lớn hơn đơn vị). Hệ số f được qui định riêng cho
từng loại đường và đầu máy.
+ Các bánh xe của trục bánh không có sự phân bố tải trọng khác nhau
và bánh xe không rời khỏi mặt ray trong quá trình vận hành.
+ Lực thẳng đứng tác dụng mặt ray và chuyển vị thẳng đứng có quan
hệ tuyến tính.
+ Ba lát không những có tác dụng đỡ hệ thống ray – tà vẹt uốn xuống
mà cả chống uốn lên. Nhưng tác dụng chống uốn lên chỉ do trọng lượng bản thân
đá và ma sát tà vẹt với đá nên không thể ngăn cản ray vồng lên được. Do đó có
thể bỏ qua tác dụng này vì không đáng kể.
+ Khi tính toán ứng suất đường dưới tác dụng của tải trọng động thẳng

đứng ta lấy bánh xe có tác dụng tải trọng lớn nhất trên mặt cắt tính toán, còn đối
với bánh xe khác ở bên cạnh ta lấy trị số trung bình.
+ Trong tính toán không kể tới trọng lượng của kiến trúc tầng trên
(bao gồm ray + tà vẹt, phối kiện liên kết + đá ba lát).
2.3. Các thông số cơ bản dùng để tính toán.
- Hệ số đàn hồi của lớp đá ba lát CO (dựa trên giả thiết coi nền đá ba lát
là nền đàn hồi của Winkle) là hệ số biểu thị độ mềm của nền đá dưới tà vẹt. Nó
phụ thuộc vào chất lượng ba lát, tình trạng nền đường. Tính bởi công thức sau :

Co =

Luận văn Thạc sỹ

p
(kg/cm3)
y
HV: Vũ Đức Tiến CA13-029