NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Kiến trúc - Xây dựng ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NG N ANH WUYN NGHIÊN CỨ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO ĐƯỜNG ĐẦ CẦ Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông Mã số: 858.02.05 TÓM TẮT L ẬN VĂN THẠC SĨ KỸ TH ẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Hoàng Phương Hoa Phản biện 1: TS. Cao Văn Lâm Phản biện 2: TS. Nguyễn Văn Châu Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 25 tháng 11 năm 2018. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin Học liệu, ĐHĐN tại trường ĐHBK. - Thư viện Khoa Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông – ĐHBK 1 MỞ ĐẦ 1. Tính cấp thiết của đề tài Lún đoạn đường đầu cầu là hiện tượng rất hay gặp trên các công trình đường ô tô, đặc biệt là đường ô tô đắp trên đất yếu. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt là khu vực miền Nam. Thực tế này đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý. Nhiều giải pháp giảm nhẹ hoặc khắc phục hiện tượng lún không đều đã được xem xét. Tuy nhiên, vẫn có không ít công trình không đem lại hiệu quả xử lý như mong đợi. Do vậy, việc phân tích xác định nguyên nhân, nguyên lý làm việc và đề xuất các giải pháp xử lý hiện tượng một cách hợp lý là thực sự cần thiết và cấp bách. Đây cũng chính là lý do hình thành đề tài: “Nghiên cứu giải pháp sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu” 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, tính toán hệ số nền các lớp đất - Áp dụng tính toán và lựa chọn hợp lý hệ cọc bản sàn giảm tải tại cây cầu cụ thể khu vực miền Nam. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng nghiên cứu - Tương tác cọc - đất nền; - Sàn giảm tải BTCT sử dụng tại vị trí đường đầu Cầu. b. Phạm vi nghiên cứu - Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu; - Nghiên cứu, đánh giá việc sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu Cầu Sáu Nạn – đường Hồ Chí Minh. 4. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, biên dịch các tài liệu có liên quan. - Phân tích, đánh giá các giải pháp chống lún ở đường đầu Cầu 2 đang sử dụng phổ biến tại Việt Nam. - Sử dụng phương pháp điều tra, thu thập các số liệu thự c nghiệm của Cầu về kích thước, vị trí, đất đắp… của sàn giảm tải để thống kê, đánh giá hiện trạng, phân tích, kiểm chứng. Từ đó nghiên cứu đề xuất các giải pháp cải tạo, xây dựng; - Sử dụng phần mềm MIDASCivil mô hình hóa, tính toán nộ i lực kết cấu để đánh giá, lựa chọn hợp lý kết cấu sàn giảm tai. 5. Ý nghĩa khoa học- thực tiễn của đề tài - Góp phần làm rõ phạm vi, cách sử dụng sàn giảm tải BTCT nhằm áp dụng chống lún trên nền đất yếu đoạn đường đầu cầu, tạo sự êm thuận, mỹ quan và an toàn giao thông, tăng hiệu quả khai thác cho tuyến đường. - Đáp ứng nhu cầu thực tiễn của đất nước. 6. Bố cục đề tài - Phần mở đầu - Chương 1: Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu; Phân tích, đánh giá một số giải pháp công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu. - Chương 2: Yêu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu; Phân tích đánh giá các nguyên nhân gây ra lún đoạn nền đường đầu cầu. - Chương 3: Nghiên cứu tính toán và lựa chọn hợp lý hệ cọc bản sàn giảm tải Cầu Sáu Nạn tại Km6+512,64 đường Hồ Chí Minh, đoạn Năm Căn – Đất Mũi, tỉnh Cà Mau. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG Q AN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦ CẦ ; PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦ CẦ 1.1.Tổng quan về hiện tượng lún nền đường đầu cầu Lún nền đường đầu cầu: hiện tượng lún sụp, trượt trồi hoặc lún không đều giữa nền đắp ở hai bên đầu cầu và cầu Sự thay đổi cao độ đột ngột tạo thành điểm gãy trên trắc dọc G iảm năng lực thông hành; gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông; phát sinh tải trọng xung kích, trùng phục phụ tác dụng lên mố cầu; tốn kém về kinh phí cho công tác duy tu bảo dưỡng đường và gây mất an toàn giao thông. 1.2. Công nghệ xử lý lún nền đường đầu cầu trên nền đất yếu 1.2.1. Phương pháp cọc cát ) Mục đích: - Giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu. - Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu 4 tác dụng lên cọc ) Cơ sở lý thuyết: Có 2 quá trình chính xảy ra là: - Quá trình nén chặt cơ học; - Quá trình cố kết thấm. ) Phạm vi áp dụng - Bề dày đất yếu cần xử lý tương đối lớn; - Chiều cao nền đất đắp tương đối lớn; - Cọc cát làm tăng cường sự ổn định nền đắp, giảm thiểu độ lún còn lại; - Khi thời hạn yêu cầu đưa đường vào khai thác, sử dụng là ngắn; 1.2.2. Phương pháp gia cố nền bằng đường thấm thẳng đứng kết hợp với gia tải trước ( Thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát và thoát nước bằng bấc thấm (PVC)). a. Phương pháp thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát: - Phương pháp kĩ thuật thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước, được sử dụng rộng rãi để gia cường nền đất yếu bão hòa nước có tính nén lún lớn - Giải pháp này nền đất yếu có tốc độ cố kết nhanh hơn so với phương án sử dụng bấc thấm, thời gian chờ lún cũng ngắn hơn. Thường sử dụng trong trường hợp nền đất yếu có chiều sâu 10m đến 30m. b. Phương pháp thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm: ) Mô tả thiết bị: Gồm 2 lớp chính: - Lớp vỏ lọc được làm bằng lớp vải địa kỹ thuật không dệt có độ bền cơ học lớn, hệ số thấm cao, kích thước lỗ nhỏ giúp ngăn các hạt đất xét nhỏ thâm nhập vào lõi thoát nước. - Lớp lõi nhựa bên trong được thiết kế với nhiều rãnh giúp cho 5 việc thoát nước đạt hiệu quả cao nhất ) Ưu điểm phương pháp: - Dễ thi công và lắp đặt - Khả năng thoát nước tốt - Không làm xáo trộn tầng đất - Thân thiện với môi trường 1.2.3. Phương pháp thay đất - Thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu dưới nền đường bằng lớp đất khác có cường độ, sức chịu tải tốt hơn so với lớp đất yếu trước đây. - Ưu điểm: + Tăng cường ổn định + Giảm độ lún và thời gian chờ lún khi thiết kế xử lý nền đất yếu. - Giải pháp thay đất rất hiệu quả trong trường hợp bề dày đất yếu nhỏ hơn so với vùng ảnh hưởng của tải trọng đắp. 1.2.4. Phương pháp gia tải nén trước: (Phương pháp nén trước không dùng giếng thoát nước và Phương pháp nén trước có đường thấm thẳng đứng) - Xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hòa nước. - Chất tải trọng ( cát, sỏi, gạch, đá...) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình. - Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian. - Ưu điểm: + Tăng sức chịu tải của nền đất 6 + Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian. 1.2.5. Giải pháp sàn giảm tải - Hệ cọc BTCT đóng xuống nền đất yếu có tác dụng truyền tải tr ọng từ đất đắp nền đường qua cọc, xuống lớp đất tốt hơn phía dưới, hoặc truyền xuống một độ sâu nhất định mà nền đất có đủ cường độ chịu lực để tiếp nhận tải trọng đất đắp (qua lực ma sát giữa nền đất và thân cọc hoặc sức chống của mũi cọc). - Sàn giảm tải liên kết đầu cọc có tác dụng phân bố đều tải trọng nền đắp lên đầu cọc. - Phạm vi áp dụng + Nền đường đắp cao, đường đầu cầu, đường qua cống (Chiều cao đắp Hđ>4,0m). + Chiều dày đất yếu từ trung bình đến tương đối lớn (12m hoặc lớn hơn). + Để tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu. + Khi công trình đòi hỏi thời gian hoàn thành công trình ngắn. 1.2.6. Phương pháp nén trước bằng chân không. Khi chất một tải,p , áp lực nước lỗ rỗng quá độ khi chất tải. 7 Vì vậy, khi đất bão hoà, áp lực nước lỗ rỗng quá độ ban đầu,ou tương ứng với một tảip . Dần dần, nước sẽ thoát ra ngoài fig.1(a). Lượng tăng ứng suất có hiệu bằng lượng giảm áp lực nước lỗ rỗngp -u , fig. 1(a). Độ cố kết cuối cùng,u =0 và tổng ứng suất có hiệu đạt được bằng phụ tải,p . Cần lưu ý rằng quá trình trên không chịu ảnh hưởng của áp suất khí quyển. 1.2.7. Giải pháp cọc đất – xi măng. - Dùng các trang thiết bị trộn sâu chuyên dụng (Deep mixing method - DMM) để trộn đất yếu tại chỗ với xi măng hoặc vôi và tạo ra các cọc đất gia cố xi măng hoặc vôi mềm hoặc nửa cứng. - Ưu điểm: + Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội. + Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt. + Thi công được trong nước. + Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động và tiếng ồn + Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường. + Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian hạn chế. + Và đặc biệt là thi công nhanh, thời gian đất đạt yêu cầu kỹ thuật xử lý ngắn, đẩy nhanh được tiến độ cải tạo đất nền. - Công nghệ thi công có 2 loại: công nghệ trộn phun ướt (Wet Jet Mixing Method) và công nghệ phun khô (Dry Jet Mixing Method). 1.2.8. Giải pháp sử dụng cống hộp hoặc cống tròn thay thế một phần nền đường đắp đầu cầu - Thay một phần đất đắp của thân nền đường đầu cầu đắp cao bằng cống hộp BTCT 8 - Mục đích + Giảm trọng lượng của vật liệu đất đắp, tăng khả năng chống lún, khả năng ổn định của nền đất, đồng thời có thể rút ngắn thời gian thi công, không phụ thuộc thời gian cố kết của nền và phù hợp với các phương pháp thi công cơ giới, các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật - khai thác đều tốt và ít bị ảnh hưởng khi cấp hoạt tải tăng lên. CHƯƠNG 2 CÁC Ê CẦ VỀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦ CẦ ; PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC NG ÊN NHÂN GÂ RA LÚN ĐOẠN NỀN ĐƯỜNG ĐẦ CẦ 2.1. êu cầu về tính toán, thiết kế nền đường đầu cầu 2.1.1. Yêu cầu đảm bảo ổn định của công trình nền đắp trên nền đất yếu và phương pháp kiểm toán ổn định a. Yêu cầu đảm bảo ổn định - Yêu cầu ổn định được định lượng bằng hệ số ổn định yêu cầu - Ở một số tiêu chuẩn chỉ đặt ra một hệ số yêu cầu chung là 1,50 nhưng ở một số tiêu chuẩn khác thì quy định hệ số ổn định yêu cầu chi tiết hơn tuỳ thuộc phương pháp kiểm toán ổn định áp dụng. b. Về phương pháp kiểm toán ổn định: - Sử dụng phương pháp mặt trượt tròn để kiểm toán ổn định (kể cả cho trường hợp nền mất ổn định dưới dạng sụt sâu) vì phương pháp này không bị ràng buộc bởi những giả thiết tuân thủ lý thuyết đàn hồi mà dựa trên cơ sở lý thuyết cân bằng giới hạn. - Phương pháp mặt truợt tròn còn có ưu điểm là áp dụng được cho cả nền đắp và đất yếu không đồng nhất 2.1.2. Yêu cầu về độ lún cho phép và phương pháp dự báo lún: - Độ lún của công trình đắp trên đất yếu ở trong mọi tiêu chuẩn của các nước được thống nhất xác định xét đến 3 thành phần như 9 biểu thị ở trên biểu thức: S = S c + Stức thời + Stừ biến - Dự báo độ lún tổng cộng S trong một số tiêu chuẩn sử dụng biểu thức: S = m. Sc Theo những nghiên cứu thực nghiệm thì m phụ thuộc loại đất yếu (đất càng yếu thì m càng lớn) chiều cao đắp, tốc độ đắp và cả giải pháp xử lý đất yếu. ...