Nghiên cứu hiệu quả của việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu cầu kênh 90 (huyện phú tân cà mau),luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

1 MỤC LỤC -
707 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu 10 Đối tượng nghiên cứu 10 Phạm vi nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 10 CHƯƠNG - NGUYÊN CỨU HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG SAU MỐ TRÊN ĐẤT YẾU 11 1.1 Đánh giá trạng địa chất công trình vùng đất yếu 11 1.2 Những vấn đề chung đất yếu 16 1.2.1 u cầu tính tốn đất yếu 16 1.2.2 Các nhóm ngun nhân gây lún móng cơng trình 17 1.2.3 Các vấn đề đánh giá nguyên nhân gây lún 18 1.3 Nguyên cứu nguyên nhân gây tượng lún đường sau mố đắp đất yếu 27 1.3.1 Ngun nhân tính tốn sữ lý đất yếu 27 1.3.2 Nguyên nhân hệ thống thoát nước mố cầu 35 1.3.3 Ảnh hưởng hệ số ma sat âm tới tượng lún đường sau mố cầu 1.4 Kết luận chương 45 CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT 46 2.1 Các quan điểm tính tốn cọc xi măng đất sử lý đất yếu 46 2.1.1 Nguyên lý hình thành cọc xi măng đất 46 2.1.2 Quan điểm tính tốn cọc xi măng đất 49 2.2 Các vấn đề cần quan tâm thiết kế cọc xi măng đất 61 2.2.1 Một số chế phá hoại đường đắp đất yếu dùng cọc xi măng đất 61 2.2.2 Hiện tượng hiệu ứng vòm 65 2.3 Kết luận chương 76 CHƯƠNG - TÍNH TỐN XỬ LÝ ĐƯỜNG ĐẮP ĐẦU CẦU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO CẦU KÊNH 90 ( H.PHÚ TÂN – CÀ MAU ) 77 3.1 Giải pháp thiết kế cọc xi măng đất xử lý đất yếu 77 3.1.1 Điều kiện hình học tốn 78 3.1.2 Tải trọng tác dụng 79 3.1.3 Điều kiện địa chất 80 3.1.4 Mơ hình tính tốn 82 3.1.5 Mơ hình lựa chọn tính tốn 84 3.2 Tính tốn gia cố cọc xi măng đất 85 3.2.1 Tính độ lún đường chưa gia cố 85 3.2.2 Gia cố đường cọc xi măng đất 86 3.3 Phân tích phương án xữ lý đường đắp đầu cầu cọc cát cho cầu kênh 90 (H.phú Tân- Cà Mau ) 97 3.3.1 Đánh giá hiệu độ áp dụng cho cầu kênh 97 3.3.2 Hạn chế phương án cọc cát ứng dụng cầu kênh 90 99 3.4 So sánh phương án xữ lý đường đắp đầu cầu cọc cát phương án gia cố cọc đất gia cố xi măng 102 3.5 Kết luận chương 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 Kết luận 105 Kiến nghị hướng tiếp tục nghiên cứu luận văn 106 2.1 Kiến nghị 106 2.2 Hướng tiếp tục nghiên cứu luận văn 106 DANH MỤC BẢNG -
707 Bảng 1.1: Nguyên nhân gây cố theo giai đoạn dự án 20 Bảng 1.2: Nguyên nhân gây cố theo yếu tố ảnh hưởng 22 Bảng 1.3: Hệ số độ lún m đường cao tốc Bắc Kinh – Thiên Tân - Đường Sơn 24 Bảng 1.4: Hệ số độ lún m đường cao tốc Quảng – Phật 25 Bảng 1.5: Hệ số độ lún m Thẩm Quyến – Sán Đầu 26 Bảng 1.6: Sự cố lún kéo dài đường dẫn sau mố 27 Bảng 1.7: Sự cố ổn định đường dẫn sau mố cầu 32 Bảng 2.1: Các nhân tố ảnh hưởng đến phát triển cường độ 48 Bảng 2.2: Tóm tắt hệ số riêng phần 72 Bảng 3.1: Chỉ tiêu lớp đất yếu bùn sét chảy (lớp1) 81 Bảng 3.2: Chỉ tiêu lớp đất yếu sét lẩn bụi dẽo cứng (lớp2) 81 Bảng 3.3: Chỉ tiêu lớp đất đắp cọc ximăng đất 85 Bảng 3.4: Tổng hợp độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ Lc=24m 87 Bảng 3.5: Tổng hợp độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ Lc=23m 88 Bảng 3.6: Kết tính tốn độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=24m, Lc=23m 88 Bảng 3.7: Tổng hợp độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ Lc=22m 89 Bảng 3.8: Kết tính toán độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=23m, Lc=22m 90 Bảng 3.9: Tổng hợp độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ Lc=20m 90 Bảng 3.10: Kết tính tốn độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=22m, Lc=20m 91 Bảng 3.11: Tổng hợp độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ Lc=19m 92 Bảng 3.12: Kết tính tốn độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=20m, Lc=19m 92 Bảng 3.13: Tổng hợp độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ Lc=18m 93 Bảng 3.14: Kết tính tốn độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=19m, Lc=18m 93 Bảng 3.15: Tổng hợp độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ Lc=17m 94 Bảng 3.16: Kết tính tốn độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=18m, Lc=17m 95 Bảng 3.17: Tổng hợp độ lún đắp theo chiều dài cọc XMĐ 95 DANH MỤC HÌNH VẼ -
707 Hình 1.1: Nguyên nhân gây cố lún đường dẫn sau mố theo nghiên cứu Briaud 13 Hình 1.2: Số lượng cơng trình cầu bị cố lún đường dẫn sau mố theo g/ đoạn dự án 19 Hình 1.3: Nguyên nhân gây cố theo yếu tố ảnh hưởng 21 Hình1.4: Hư hỏng ống nước 35 Hình1.5: Nước thấm qua khe co giãn mố cầu 36 Hình1.6: Kích cỡ hạt dễ bị xói 36 Hình1.7: Xói mòn mái dốc trước mố cầu 37 Hình1.8: Xói mịn cục độ 37 Hình1.9: Mất ổn định mái dốc 38 Hình1.10: Ma sát âm quanh cọc 38 Hình1.11: Các dạng đất 40 Hình1.12: Hiện tượng ma sát âm việc đóng cọc mố cầu vào đất yếu chưa kết thúc cố kết trạng thái tự nhiên 41 Hình1.13: Phạm vi ảnh hưởng ma sát âm vùng đất xung quanh giếng cát 44 Hình2.1: Sơ đồ phá hoại đất dính gia cố cột xi măng-đất 52 Hình2.2: Quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu ximăng đất 53 Hình2.3: Phá hoại khối 54 Hình2.4: Phá hoại cắt cục 54 Hình2.5: Sơ đồ tính tốn biến dạng 55 Hình2.6: Sơ đồ tải trọng truyền cho cột 57 Hình2.7: Sơ đồ tải trọng truyền cho đất khơng ổn định cột tải trọng vượt độ bền rão 57 Hình2.8: Tính tốn chênh lệch lún 59 Hình2.9: Mất ổn định trược ngang 62 Hình2.10: Mất ổn định khối cọc quay quanh mép khối 63 Hình2.11: Mất ổn định trược ngang 64 Hình2.12: Mất ổn định khối trượt ngang cắt qua cọc 64 Hình2.13: Hiện tượng hiệu ứng vịm 65 Hình2.14: Khối đất thay qua lỗ rỗng 66 Hình2.15: Sự tạo thành cung (dưới trọng lượng đất) 67 Hình2.16: Trọng lượng đất tao cung vịm xuống 67 Hình2.17: Sự truyền tải 68 Hình2.18: Cọc móng 70 Hình2.19: Mơ hình đỉnh bán cầu 73 Hình2.20: Mơ hình đắp đệm cát cọc 74 Hình3.1: Giải pháp Cọc đất xi măng 77 Hình3.2: Lún cuối đường đắp đầu cầu sau thời gian đưa vào khai thác 77 Hình3.3: Mặt cắt ngang tính tốn 78 Hình3.4: Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên đất yếu 79 Hình3.5: Ứng suất gây lún độ sâu z 82 Hình3.6: Biểu đồ phân bố ứng suất gây lún 82 Hình3.7: Bố trí cọc ximăng mặt 83 Hình3.8: Mặt cắt ngang bố trí cọc ximăng đất gia cố đất yếu 84 Hình3.9: Độ lún khơng xử lý đường 85 Hình3.10:Cung trượt đường ổn định………………………… …… 86 Hình3.11: Độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=24m………… …87 Hình3.12: Độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=23m ……………88 Hình3.13: Độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=22m …………… 89 Hình3.14: Độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=20m ……………90 Hình3.15: Độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=19m …………….91 Hình3.16: Độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=18m …………….93 Hình3.17: Độ lún đất theo chiều dài cọc XMĐ D600 Lc=17m…………… 94 Hình3.18: Bố trí chiều dài cọc XMĐ D600 Lc thay đổi từ 24m đến 17m vào đường đắp sau mố cầu kênh 90……………………………………………………….96 Hình3.19: Bố trí chiều dài cọc cát D400 Lc không thay đổi = 15m vào đường đắp sau mố cầu kênh 90………………………………………………………………… 97 PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Nền đắp cơng trình xây dựng lâu đời thường gặp nhất.Trước người ta thường xây dựng đắp qua vùng địa chất tốt để giảm bớt vấn đề kỹ thuật phải xữ lý hạ giá thành xây dựng.Tuy nhiên, ngày yêu cầu ngày lớn việc xây dựng sở vật chất tạo vấn đề chinh phục xữ dụng đất yếu , trước hết xây dựng tuyến giao thông , tuyến đê lấn biển , cầu cảng trên… đất yếu Đoạn đường đắp vào cầu hạng mục quan trọng cầu đường giao thông đường bộ, phận chiếm tỷ nhỏ kinh phí đầu tư cho sở hạ tầng Mặc khác, phận cơng trình xây dựng chung mang tính thẩm mỹ cao, mặt, thước đo kinh tế quốc dân, toàn xã hội Tuy nhiên, hầu hết nhiều đoạn đường đắp vào cầu đưa vào xữ dụng chưa lâu nhanh chóng bộc lộ nhược điểm phổ biến Đó tượng lún sụp, trượt trồi lún lệch đắp hai bên đầu cầu Vấn đề trở ngại lớn cho xe cộ lưu thơng vẽ đẹp kiến trúc cơng trình cầu đường Nếu sửa chữa thường kèm với chi phí thời gian hao tổn ngân sách, chưa kể hư hỏng cịn gây hậu đáng tiếc khác Những giải pháp xữ lý thơng thường mang tính chất tình trám bù lún vào mặt đường lớp nhựa hay đóng thêm cọc gia cố mái dốc Tại vị trí tiếp giáp mặt cầu đoạn đường đắp sau thời gian đưa vào sử dụng, thường mặt đường hay bị gãy, lún, nứt, xe chạy không êm thuận gây khó chịu cho hành khách lưu thơng qua cầu xe chạy không đạt tốc độ cao Bởi kết cấu đường đắp mố cầu hai phận hồn tồn khác có chênh lệch độ cứng rõ.Phần đường dẫn khơng xử lý tốt bị lún nhiều kéo dài theo thời gian.Trong mố cầu lại khơng bị lún Đây vấn đề phức tạp, cần giải từ khâu thiết kế Hiện nay, có nhiều giải pháp gia cố đất yếu đường dẫn đầu cầu mang tính hiệu cao như: Bất thấm, Giếng cát, Cọc đất trộn xi măng….giải pháp triệt để thường sử dụng kéo dài cầu để giảm chiều cao đất đắp sử dụng bệ giảm tải bảng bê tông cốt thép đặt cọc bê tông cốt thép gánh đở đường đất đắp, hai giải pháp đắt Mặt khác, giải pháp bệ giảm tải bảng bê tông cốt thép đặt cọc bê tơng cốt thép phần đuôi bệ củng xảy tượng lún không Trong tiêu chuẩn ngành độ lún cố kết cho phép lại thời hạn thiết kế 10 15 năm đường đầu cầu 10cm, với đoạn đắp thông thường 30cm Như vị trí chuyển tiếp hai kết cấu có chênh lệch độ lún lớn, điều không cho phép trình khai thác, với tuyến đường cao tốc Vấn đề quan trọng cần xem xét, đánh giá, tìm giải pháp gia cố đất yếu đường dẫn đầu cầu cách triệt để , đảm bảo êm thuận xuyên suốt, phát huy tối đa khả khai thác Trong phạm vi đề tài, Ngun cứu hiệu việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau) Do đề tài “Nghiên cứu hiệu việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau)” vấn đề có ý nghĩa cấp bách thiết thực II Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu hiệu việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau) III Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu làm việc đường đắp cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau) IV Phạm vi nghiên cứu Chỉ xét đường đầu cầu đắp đất yếu nói chung Trên sở , tác giả sâu phân tích tính tốn, đánh giá hiệu việc ứng dụng cọc đất gia cố xi măng cho đường đắp đầu cầu Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau) V Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mơ hình hóa Từ việc phân tích điều kiện làm việc đường đắp đầu cầu , tác giả tiến hành lựa chọn mơ hình tính tốn phần mềm PLAXIS cho Cầu kênh 90 (H.Phú Tân-T.Cà Mau).Luận văn kết hợp phân tích lý thuyết với việc ứng dụng tin học tính tốn , mơ hình phương pháp tính toán đánh giá phương pháp chuyên gia 95 Với kết tính tốn cho độ lún đần từ sau mố đường đắp, chênh lệch lún hai hàng cọc liền kề nhỏ (từ hàng cọc 50m đến 60m) tạo chuyển tiếp êm thuận ,có thể chấp nhận lún có chuyển tiếp, khơng tính khả bù lún trình khai thác Bảng 3.16: Kết tính tốn độ lún chuyển tiếp sau 15 năm Lc=18m, Lc=17m Độ lún chuyển tiếp Cách mố 50m Cách mố 60m Tên cơng trình Nền đường đắp đầu cầu 5.271 Chênh lệch (cm) 0.445 5.716 Nhận xét: Với kết tính tốn trên, ta thấy có sai số định, sai số nhỏ giới hạn cho phép Việc hai độ lún tạo êm thuận xuyên suốt cho đường dẫn vào cầu, tăng khả khai thác cơng trình đường 3.2.2.8 Tổng hợp độ lún đắp theo chiều dài cọc , Bố trí chiều dài , đường kính cọc khoảng cách cọc vào đường đắp sau mố cầu kênh 90 ( H.Tân phú – Cà Mau ) Bảng 3.17 : Tổng hợp độ lún đắp theo chiều dài cọc XMĐ Đường kính Chiều dài cọc Độ lún giai đoạn khai thác Hệ số ổn định (m) (m) (cm) Msf 0.6 17 5.716 1.508 0.6 18 5.271 1.505 0.6 19 3.896 1.504 0.6 20 3.968 1.502 0.6 22 4.122 1.480 0.6 23 3.637 1.486 0.6 24 4.164 1.459 STT Nhận xét Qua bảng tổng hợp tác giả nhận thấy rằng, chiều dài cọc tăng độ lún giảm theo, hệ số ổn định giảm Cũng qua tổng hợp chiều dài cọc ximăng 96 đất tăng ta thấy độ lún đường có giảm khơng giảm tuyến tính đường đắp sau mố có chiều dài 60m độ dốc đường (5%) dẫn đến kích thước mặt cắt ngang vị trí khác số lượng cọc xi măng trắc ngang khác Tuy nhiên chênh lệch lún không lớn đảm bảo theo qui trình Bố trí chiều dài cọc vào đường đắp sau mố cầu kênh 90 Hình vẽ 3.18: Bố trí chiều dài cọc XMĐ D600 Lc thay đổi từ 24m đến 17m vào đường đắp sau mố cầu kênh 90 Nhận xét: Dựa kết tính tốn bảng tổng hợp độ lún đắp theo chiều dài cọc XMĐ, tính tốn thiết kế bố trí cho vị trí cọc XMĐ cho Bố trí chiều dài cọc vào đường đắp sau mố cầu kênh 90 với chiều dài cọc giảm dần từ 24m đến 17m đảm bảo độ lún cho phép tạo êm thuận xuyên suốt cho đường dẫn vào cầu, tăng khả khai thác cơng trình đường Qua thấy hiệu đáng kể mặt kinh tế giảm chiều dài cọc xi măng đất từ 24m đến 17m giải pháp nghiên cứu 97 3.3 PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN TÍNH TỐN XỮ LÝ ĐƯỜNG ĐẮP ĐẦU CẦU BẰNG CỌC CÁT CHO CẦU KÊNH 90 Đánh giá chung Việc tổng quan biện pháp chủ yếu xử lý đường sau mố đắp đất yếu cho phép người ta biết đặc điểm sử dụng, nguyên lý tính tốn, biện pháp thi cơng đánh giá chất lượng gia cố biện pháp 3.3.1 Đánh giá hiệu độ áp dụng cho cầu kênh 90 - Vai trị bê tơng cốt thép(bản độ) làm tăng dần độ cứng đường vào cầu khiến cho xe chạy thêm phần êm thuận nằm phần đất đầu cầu, có đầu gối lên đầu kết cấu nhịp (thường cầu dầm hẫng bê tông cốt thép) lên đỉnh mố tạo độ nghiêng khoảng 10%, đầu kê lên bê tông cốt thép khối đá nằm đất theo hướng ngang cầu Bản độ cầu kênh 90 có chiều dài m, bề rộng 8m hình sau Hình vẽ 3.19: Bố trí chiều dài cọc cát D400 Lc khơng thay đổi = 15m vào đường đắp sau mố cầu kênh 90 - Theo nhận xét tác giả Trong tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 (từ AASHTO) dịng hay trang nói đến việc tính toán độ hết Ngay Tiêu chuẩn cũ 22TCN 18-79 khơng quy định cách tính tốn có độ sau mố - 98 - Thời gian gần Bộ Giao Thông Vận Tải ngày 07 tháng 10 năm 2013 ban hành qui định tạm thời giải pháp kỹ thuật công nghệ đoạn chuyển tiếp đoạn chuyển tiếp đường cầu đường tơ có nêu u cầu thiết kế độ mục 4.3 cách chung chung đặc biệt chọn chiều dài độ theo theo quy định Tiêu cbuẩn JTG-D-30-2004 ( Trung quốc) Việc dùng độ phổ biến rộng rãi chưa có phương pháp tính phản ánh tính chất làm việc kết thực nghiệm chứng minh độ mang lại nhiều hữu dụng - Giải pháp dùng bê tơng q độ có tác dụng ban đầu Khi đất bị lún cố kết theo thời gian, độ tác dụng, hư hỏng chí bị tải trọng động phá hoại tạo nên lỗ thủng Giải pháp hay làm đắp đất bù lún phun vữa xi măng, lấp đầy khoảng không độ bề mật đất đắp Qúa trình chất tải thêm này, làm tốn lún cố kết lại tiếp tục phát sinh Quá trình lại lặp lại Đường dẫn lên cầu Văn thánh , Thành phố Hồ chí Minh thí dụ điển mình, báo chí mơ tả - Khái niệm độ sử dụng độ không rõ xuất xứ nguồn gốc Song lời giải kỹ thuật tin cậy đắn Tương tự khái niệm "đường chờ lún" khái niệm có Việt nam Do muốn đổ lỗi cho đất, cho thiên nhiên mà tới hạn chế kiến thức, kỹ đạo đức nghề nghiệp - Ở nước phát triển, khu vực đất gần mố cầu cần thiết xử lý để mố cầu đất tiếp giáp có độ lún tương tự Nghĩa không xuất lún lệch bước nhẩy từ đường lên cầu từ cầu xuống đường - Có nhiều cách để khắc phục tốn trên, song khơng phải Bản độ Thường dùng sử dụng cọc đất xi măng, cọc cát đầm chặt, cọc bê tông tiết diện nhỏ, cố kết động, nhựa - Có điều cần ý tải trọng đất đắp tăng dần, chiều cao đất đắp lớn tiếp xúc với mố cầu , dùng cọc đất xi măng chẳng hạn, phải thay đổi chiều dài cọc, tương ứng với thay đổi tải trọng 99 3.3.2 Hạn chế phương pháp cọc cát ứng dụng cơng trình cầu kênh 90 3.3.2.1 Yêu cầu vật liệu - Cát dùng để thi công cọc cát thường loại cát hạt to, cát hạt trung, cát yêu cầu phải không lẫn tạp chất chất bụi, tỷ lệ hạt không vượt 3%, đồng thời không lẫn hạt to có kích thước lớn 6cm - Cát để thi công cọc cát đầm chặt phải có tỷ lệ hữu