NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG
Trang 1- -
LƯ HỮU TÂN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU
CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.61
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2013
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -TPHCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGs TS VÕ PHÁN
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1
Trang 3NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngày , tháng, năm sinh : 20/04/1986 Nơi sinh :T Kiên Giang Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số : 60.58.61
I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ
LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN LỆCH
GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN
LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH “ ĐƯỜNG NỐI
T.X VỊ THANH – TỈNH HẬU GIANG VỚI TP CẦN THƠ CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO GIẢI TÍCH VÀ
MÔ PHỎNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày … tháng … … năm……… IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày … tháng … … năm……… V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS VÕ PHÁN
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Tôi xin được cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn địa cơ nền móng, quý Thầy Cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu và sâu sắc trong 3 học kỳ qua
Tôi xin chân thành cám ơn Thầy PGs Ts Võ Phán, người Thầy đã tận tình
hướng dẫn, giúp tôi đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hổ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu
Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn các Thầy Gs.Ts Châu Ngọc Ẩn, Ts Lê Bá Vinh, Ts Bùi Trường Sơn, Ts Nguyễn Minh Tâm, Ts Lê Trọng Nghĩa, PGs Ts Trần Xuân Thọ, Ts Trần Tuấn Anh đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề,
đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập và nghiên cứu khoa học, luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho tôi nhiều tư liệu cần thiết
Xin chân thành – cám ơn các Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng Quản lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập
Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lòng biết ơn sâu sắc
TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013
Học viên thực hiện
Lư Hữu Tân
Trang 5Trong những năm gần đây xây dựng cơ sở hạ tầng để thúc đẩy phát triển kinh tế đang được triển khai mạnh mẽ, việc nâng cấp công trình cầu phù hợp với tĩnh không thuyền là vấn đề thiết yếu, kéo theo việc phải đắp cao trên các tuyến đường dẫn vào cầu dẫn đến nền đất bị mất ổn định, biến dạng Đặc biệt là vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu xảy ra độ lún không đều phá hoại bề mặt đường làm biến dạng công trình
Sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép là một giải pháp xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu mang lại hiệu quả ổn định lâu dài, độ tin cậy cao đối với các công trình có chiều cao đắp lớn
Đề tài nghiên cứu khả năng làm việc của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép, sự thay đổi khoảng cách cọc, chiều dài cọc theo chiều cao đắp Phần tính toán áp dụng thực tế đối với nền đường dẫn vào cầu Xà No thuộc dự án “ Đường nối thị xã Vị Thanh – tỉnh Hậu Giang với thành phố Cần Thơ” Đồng thời dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn tính toán, kiểm tra mô phỏng Sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép
Trang 6ABSTRACT
In recent years, the infrastructure is considered as an important motivation to develop the economic Therefore, the improvement of bridge which is suitable with boat clearance is essential issue However, the increasing of filling amount of approach leads to soil instability, deformation Especially, the line between approach to bridge and abutment can demolish surface of road and make differential settlement More seriously, this influence can lead to excessive deflection of surface of road
Piled raft foundation on reinforced concrete pile system is a method to solve the deflective settlement of approach to the bridge and abutments more effectively sustainably and reliably to the height of filling
This research is to evaluate the working ability of reducing load of floor on the system of reinforced concrete piles, changing spindles distance and the length of pile of filling In this research, it is possible to apply into approach to Xa Bo Bridge which is a part of the project of approach to bridge from Vi Thanh city- Hau Giang province to Can Tho city Also, because of the the finite element method calculation, it is analysed the model of reducing load of floor on the system of reinforced concrete piles
Trang 7số liệu, hình ảnh và biểu đồ trong đề tài đều là chân thực không trùng lắp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây Các biểu đồ, số liệu tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn thu thập chính xác và rõ ràng
TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013
Lư Hữu Tân
Trang 8
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1
3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 2
4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2
5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU 3
1.1 Tổng quan 3
1.2 Giải pháp Sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU 12
2.1 Cơ sở lý thuyết về cọc BTCT 12
2.1.1 Sức chịu tải của cọc đơn 13
2.1.1.1 Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu 13
2.1.1.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền 14
2.1.1.3 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên hiện trường 17
2.1.2 Xác định số lượng cọc 22
2.1.3 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc 22
2.1.4 Ước lượng độ lún của móng cọc 22
2.1.5 Độ lún của móng cọc đài bè 24
2.2 Cơ sở lý thuyết sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu 25
2.2.1 Lý thuyết cơ bản về xử lý lún lệch 25
2.2.2 Xác định chiều dài cần thiết và độ dốc dọc của đường dẫn vào cầu 27
2.2.3 Tính toán độ lún của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép 29
2.3 Nhận xét 30
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH “ ĐƯỜNG NỐI T.X VỊ THANH – TỈNH HẬU GIANG VỚI THÀNH PHỐ CẦN THƠ 32
3.1 Tổng quan về cầu Xà No 32
Trang 93.5.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 49
3.5.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)50 3.5.3 Mô hình phần tử hữu hạn 50
4.1 Phân tích kết quả theo giải tích 62
4.2 Phân tích kết quả theo mô phỏng 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
Trang 10HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1 Mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu 5
Hình 1.2 Mặt cắt dọc đường dẫn được xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc 5
Hình 1.3 Đường dẫn vào Cầu Gạch Ngỗng sau khi xây dựng xong 6
Hình 1.4 Vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu được xử lý tốt bằng sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép 6
Hình 1.5 Đường dẫn vào cầu Cái Răng xử lý tốt bằng sàn giảm tải với chiều cao đắp rất cao 7
Hình 1.6 Đường dẫn vào cầu Mỹ Thuận khi mới thi công xong 7
Hình 1.7 Đường dẫn vào cầu Cần Thơ 8
Hình 1.8 Đường dẫn vào cầu Xà No xử lý tốt bằng sàn giảm tải 9
Hình 1.9 Thi công đóng cọc sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu 9
Hình 1.10 Thi công Sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu 10
Hình 1.11 Đường dẫn vào cầu Bình Triệu 2 bị hư hỏng 10
Hình 1.12 Đường dẫn vào cầu Phú Mỹ bị hư hỏng 11
Hình 2.1 Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp 22
Hình 2.2 Xác định vùng nền để tính lún móng cọc dưới đáy móng 24
Hình 2.3 Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu 25
Hình 2.4 Sơ đồ tính lún của hệ cọc dưới sàn giảm tải 30
Hình 3.1 Mặt cắt ngang mố cầu và dầm cầu SuperT 39
Hình 3.2 Mặt bằng móng cọc mố cầu 40
Hình 3.3 Sơ đồ tính lún mố cầu 42
Hình 3.4 Mặt cắt ngang cọc và Mặt bằng sàn giảm tải 44
Hình 3.5 Mô hình tính toán mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu 51
Hình 3.6 Kết quả mô phỏng bài toán trong Plaxis 2D 53
Hình 3.7 Trình tự mô phỏng qui trình thi công trong Plaxis 2D 53
Hình 3.8 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải 54
Hình 3.9 Phân bố ứng suất trong nền móng công trình 55
Hình 3.10 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất 55
Hình 3.11 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải 56
Trang 11Hình 3.14 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải 57
Hình 3.15 Phân bố ứng suất trong nền móng công trình 58
Hình 3.16 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất 58
Hình 3.17 Chuyển vị đứng của hệ cọc dưới sàn giảm tải 59
Hình 3.18 Phân bố ứng suất trong nền móng công trình 59
Hình 3.19 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất 60
Hình 3.20 Biểu đồ so sánh độ lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu 62
Hình 3.21 Biểu đồ hệ số ổn định trong các trường hợp 63
Hình 3.22 Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong các trường hợp tại điểm E 63
Hình 3.23 Biểu đồ so sánh chuyển vị theo thời gian trong các trường hợp tại A 64
Hình 3.24 Biểu đồ so sánh quan hệ ứng suất và biến dạng trong các trường hợp tại
F 64
Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ giữa áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị tại điểm A 65
Hình 3.26 Biểu đồ so sánh độ lún của các trường hợp 66
Trang 12Bảng 2.7 Năng lượng tính toán Θpcủa búa 21
Bảng 2.8 Năng lượng tính toán Θpcủa búa rung 21
Bảng 2.9 Xác định trị số k 25
Bảng 2.10 Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường TCVN 4054:2005 28 Bảng 2.11 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc 29
Bảng 2.12 Độ dốc ngang các yếu tố mặt cắt ngang 29
Bảng 3.1 Thí nghiệm 35 mẫu đất trong lớp 2, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 33
Bảng 3.2 Thí nghiệm 21 mẫu đất trong lớp 3, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 34
Bảng 3.3 Thí nghiệm 16 mẫu đất trong lớp 4, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 35
Bảng 3.4 Thí nghiệm 09 mẫu đất trong lớp 5, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 36
Bảng 3.5 Thí nghiệm 25 mẫu đất trong lớp 6, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng 37
Bảng 3.6 Bảng tính toán độ lún của mố cầu theo tổng phân tố 41
Bảng 3.7 Bảng tính toán ma sát bên đơn vị 45
Bảng 3.8 Bảng tính toán độ lún của hệ cọc dưới sàn giảm tải cầu theo tổng phân tố48 Bảng 3.9 Các thông số vật liệu của mô hình Plaxis 52
Bảng 3.10 Thông số tính toán cọc bê tông cốt thép 52
Bảng 3.11 Ghi chú các trường hợp 60
Bảng 3.12 Tổng hợp kết quả các trường hợp tính toán 61
Trang 13TTGH II : Trạng thái giới hạn II QVL (kN) : Sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu
Qtc (kN) : Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ktc : Hệ số an toàn
qp (kN/m2) : Cường độ đất nền dưới mũi cọc fs (kN/m2) : Lực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1.0 mR , mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất
Qu (kN) : Sức chịu tải cực hạn của cọc Qs (kN) : Sức chịu tải cực hạn do ma sát Qp (kN) : Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi
Iai
c (kN/m2) : Lực dính giữa thân cọc và đất
Trang 14N : Chỉ số SPT trung bình Ns : Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời Nc : Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất dính Ls (m) : Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời Lc (m) : Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính Wp (kN) : Hiệu số trọng lượng cọc và trọng lượng đất Ntb : Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời Asb (m2) : Diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời
K1 , K2 : Hệ số
kd : Hệ số an toàn theo đất
tctb
P (kN) : Áp lực trung bình tiêu chuẩn dưới đáy móng khối quy ước
ax
tcm
P (kN) : Áp lực lớn nhất dưới móng khối quy ước
Trang 15Wc (kN) : Ttrọng lượng của cọc W (kN) : Trọng lượng của búa đóng h (m) : Chiều cao rơi búa
β : Hệ số xét đến mô ment và lực ngang
Trang 161
MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
- Việc xây dựng công trình trên nền đất yếu là một thách thức, khó khăn lớn đòi hỏi phải có những chuyên gia về địa kỹ thuật Đặc biệt là đối với các công trình chịu tải trọng lớn, tải trọng động như công trình Giao thông, công trình Cảng, và các công trình bến bãi, kho xưởng…
- Do vậy, để đánh giá mức độ ổn định và đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài của công trình, việc xử lý nền đất yếu dưới công trình là vấn đề cấp thiết hiện nay
- Đối với các công trình xây trên nền đất yếu, việc ước lượng độ lún theo thời gian đóng vai trò rất quan trọng Hầu hết các công trình xây dựng thực tế như đường dẫn vào cầu, đường, kho , bãi… sau thời gian san lấp và sử dụng, do quá trình cố kết thấm, công trình bị lún theo thời gian và bị biến dạng Đặc biệt là vị trí đường dẫn vào cầu và mố cầu xảy ra độ lún không đồng đều có thể dẫn đến phá hoại điều kiện làm việc, gây nguy hiểm cho công trình và người tham gia giao thông
- Có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu như cọc cát, bấc thấm, cọc đất trộn xi măng, cọc bê tông,….Một trong những biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới công trình đường dẫn vào cầu là giải pháp dùng sàn giảm tải để xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu Đây là biện pháp có nhiều ưu điểm so với các biện pháp khác như giảm thời gian thi công, ổn định lâu dài, ổn định bề mặt đường nhưng tốn kém về kinh phí
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến sự chênh lệch lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu
- Nghiên cứu độ lún của sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép bằng độ lún của mố cầu từ đó đưa ra được các lựa chọn thích hợp để thiết kế và ước lượng độ lún của nền đường dẫn theo thời gian
- Nghiên cứu khoảng cách cọc và chiều dài cọc bê tông cốt thép của sàn giảm tải trên hệ cọc dựa vào chiều cao đắp
Trang 173 Phương pháp nghiên cứu của đề tài - Phân tích Cơ sở lý thuyết, đánh giá về phương pháp sàn giảm tải trên hệ cọc, ứng dụng tính toán bằng phân mềm và áp dụng bài toán thực tế cho công trình đường dẫn vào cầu thuộc Dự án “ Đường nối Thị Xã Vị Thanh – Tỉnh Hậu Giang với Thành phố Cần Thơ”
- Phân tích mô phỏng công trình bằng phần mềm
4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài - Ứng dụng giải pháp Sàn giảm tải để ổn định nền đường, giảm tải trọng công trình tác dụng lên nền đất yếu Ổn định bề mặt đường tạo thuận lợi cho phương tiện lưu thông dễ dàng
- Thiết lập các biểu đồ liên hệ giữa các yếu tố liên quan tạo cơ sở cho việc thiết kế, kiểm tra đối với các công trình tương tự
- Khắc phục được sự chênh lệch lún giữa nền đường hai đầu cầu và mố cấu bằng giải pháp hợp lý mang lại hiệu quả ổn định lâu dài, kinh tế so với các phương pháp xử lý khác hiện nay
5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu đến trường hợp tải trọng tĩnh, chưa xét đến trường hợp động đất và các yếu tố chất lượng của cọc Bê tông cốt thép
- Áp dụng tính toán cho nền đường hai đầu cầu - Thời gian nghiên cứu đề tài còn ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm còn nhiều hạn chế
Trang 183
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN LỆCH
GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU 1.1 Tổng quan
Nền đắp là một trong những loại công trình phổ biến mà ta thường gặp, khối lượng đất đắp cao là một trong những nguyên nhân gây lún ở các công trình, đặc biệt là những công trình trên nền đất yếu Do những thiếu sót của công tác khảo sát, thiết kế hoặc thi công dẫn tới nền đường thường xuyên bị hư hỏng ngay trong giai đoạn thi công và sau khi xây dựng công trình hoặc đã đưa nó vào sử dụng
Hiện nay hiện tượng lún lệch nền đường dẫn vào cầu và mố cầu gần như xuất hiện ở tất cả các công trình cầu trên nền đất yếu Và việc xử lý hậu quả do những hư hỏng vì nền đường đắp bị biến dạng không kiểm soát được thường rất phức tạp và tốn kém, và đôi khi còn gây ra những hậu quả không mong muốn
Trong khu vực đồng bằng Sông Cửu Long đã xây dựng nhiều cầu phục vụ nhu cầu qua lại của người dân trong vùng và phát triển kinh tế khu vực Gần như toàn bộ công trình cầu trong khu vực này là xây dựng trên nền đất yếu Đặc điểm của nền đất yếu là khả năng chịu tải của đất nền thấp, biến dạng lớn và kéo dài, sức chống cắt bé, độ nén lún lớn Do đó các cầu thường xuyên phải duy tu đắp bù lún hằng năm gây tốn kém kinh phí
* Một số nguyên nhân gây lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu:
- Do nền đất đắp cao trên nền đất yếu - Do tài liệu khảo sát địa chất công trình không chính xác
+ Phương pháp thí nghiệm hiện trường không phù hợp + Phương pháp lấy mẫu không đúng chuẩn, mẫu không còn nguyên dạng + Phương pháp thí nghiệm trong phòng
+ Dụng cụ thí nghiệm không đạt tiêu chuẩn + Trình độ của cán bộ thí nghiệm
- Do nhà thầu tư vấn
Trang 19+ Chủ quan trong công tác thiết kế, không tính toán giải pháp thiết kế cụ thể cho từng công trình
+ Trình độ cán bộ tư vấn còn non yếu, không đủ khả năng đánh giá đúng bản chất hoạt động của nền đường làm cho giải pháp thiết kế không phù hợp
- Do nguồn vốn hạn hẹp - Do nhà thầu thi công xây dựng
+ Không đáp ứng yêu cầu của đồ án thiết kế đã được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt
+ Không tuân thủ qui trình thi công nghiêm ngặt + Trình độ cán bộ kỹ thuật còn kém.[1]
* Một số giải pháp thông dụng để xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu
- Bơm hút chân không gia tải trước - Giếng cát gia tải trước
- Bấc thấm gia tải trước - Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi - Cọc bê tông cốt thép kết hợp với vải địa kỹ thuật - Sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép
1.2 Giải pháp Sàn giảm tải xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu và mố cầu
Đoạn nền đường dẫn vào cầu thường đắp cao hơn nhiều so với các đoạn đắp của nền đường, nhưng chiều dài ngắn nên phải sử dụng những biện pháp xử lý nền phức tạp hơn để đảm bảo tính ổn định và tính lún cho nền đường, giảm hư hỏng cho nền Đối với nền đường dẫn vào cầu có chiều cao đắp cao thì dùng giải pháp sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép, với chiều cao đắp thấp có thể sử dụng các phương pháp khác như: bấc thấm kết hợp gia tải trước, cọc xi măng đất kết hợp vải địa kỹ thuật,… Tuỳ theo chiều cao đắp và địa chất công trình mà ta có những biện pháp xử lý nền thích hợp
Sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc bê tông cốt thép:
Đối với các công trình có tải trọng đắp lớn thì việc sử dụng sàn giảm tải là biện pháp thích hợp để giảm sự chênh lệch lún giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu,
Trang 205 tăng tính ổn định cho công trình, giảm sự phá hoại kết cấu áo đường, tạo sự thoải mái khi lưu thông xe trên đường
Đặc điểm của giải pháp này là thiết kế cọc với cao độ mũi cọc thay đổi dọc theo chiều dài đường dẫn, mũi cọc sâu nhất tại vị trí sát mố cầu và mũi cọc cao nhất tại vị trí nối tiếp với nền đường hoặc thay đổi khoảng cách cọc, làm cho khả năng chịu tải cọc giảm dần làm cho độ lún của nền đường thay đổi theo đường dẫn
Hình 1.1 Mặt cắt ngang nền đường dẫn vào cầu
Hình 1.2 Mặt cắt dọc đường dẫn được xử lý bằng sàn giảm tải trên hệ cọc
- Công nghiệp hoá trong việc chế tạo và thi công cọc
Nhược điểm:
- Chi phí tương đối cao
Trang 21* Một số công trình xây dựng nền đường dẫn vào cầu tại khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long
- Công trình cầu Cái Răng, cầu Đầu Sấu: công trình nằm trên tuyến Quốc lộ 1A và , cầu Gạch Ngỗng thuộc địa bàn thành phố Cần Thơ
Hình 1.3 Đường dẫn vào Cầu Gạch Ngỗng sau khi xây dựng xong
Hình 1.4 Vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu được xử lý tốt bằng sàn
giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép
Trang 227
Hình 1.5 Đường dẫn vào cầu Cái Răng xử lý tốt bằng sàn giảm tải với chiều cao đắp
rất cao - Cầu Mỹ Thuận : thuộc địa bàn tỉnh Vĩnh Long và tỉnh Tiền Giang, nằm trên Quốc lộ 1A, được xây dựng qua sông Tiền, Cầu có chiều dài L=1535m, khổ cầu 24m, chiều dài đường dẫn thiết kế khoảng 160m Theo số liệu quan trắc lún hiện nay mức độ lún lệch đường dẫn đầu cầu không đáng kể
Hình 1.6 Đường dẫn vào cầu Mỹ Thuận khi mới thi công xong
Trang 23- Công trình Cầu Cần Thơ : Cầu bắc qua Sông Hậu nối thành phố Cần Thơ và tỉnh Vĩnh Long, là cầu dây văng có nhiều chính dài nhất tại khu vực Đông Nam Á Cầu có chiều dài 2750m ( toàn tuyến 15850m) , khổ cầu rộng 23.1m trong đó có bốn làn xe và hai lề bộ hành
Hình 1.7 Đường dẫn vào cầu Cần Thơ - Công trình Cầu Xà No: trên tuyến đường nối TX Vị thanh – Cần Thơ với đường tỉnh 933 đi Kiên Giang Phần cầu chính với tổng chiều dài là 347,52m , với sàn giảm tải có chiều dài 50m mỗi bên Bề rộng toàn cầu là 39,5m
Trang 249
Hình 1.8 Đường dẫn vào cầu Xà No xử lý tốt bằng sàn giảm tải
Hình 1.9 Thi công đóng cọc sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu
Trang 25Hình 1.10 Thi công Sàn giảm tải của đường dẫn vào cầu * Bên cạnh những công trình xây dựng thành công đường dẫn vào cầu thì có một số công trình xây dựng không thành công đường dẫn vào cầu bị lún
- Cầu Bình Triệu 2:
Hình 1.11 Đường dẫn vào cầu Bình Triệu 2 bị hư hỏng - Cầu Phú Mỹ: là cầu dây văng bắc qua sông Sài Gòn nối Quận 2 và Quận 7 , khổ cầu rộng 27.5m , được đưa vào sử dụng năm 2009, hiện đường dẫn vào cầu bị hư hỏng
Trang 26Đối với các công trình đắp cao, cần hệ số tin cậy cao, độ ổn định lâu dài thì sử dụng biện pháp xử lý nền bằng sàn giảm tải trên hệ cọc bê tông cốt thép là phù hợp, vì tận dụng được nền đường hiện hữu mà vẫn đảm bảo yêu cầu chặt chẽ về độ lún của công trình, đảm bảo tiến độ thi công, diện tích sử dụng đất không nhiều, không làm ảnh hưởng đến công trình lân cận, đảm bảo khả năng lưu thông khi thi công và giải quyết triệt để vấn đề lún phù hợp với yêu cầu kỹ thuật đường đô thị
Trang 27CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SÀN GIẢM TẢI ĐỂ XỬ LÝ LÚN
LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU
+ Độ ổn định của cọc và móng - Trạng thái giới hạn II ( TTGH II) ( biến dạng) + Độ lún móng cọc
+ Chuyển vị ngang của cọc và móng cọc - Ngoài ra, trong thiết kế móng cọc cần lưu ý thêm: + Khi trong nền đất dưới mũi cọc có lớp đất yếu thì cần phải kiểm tra sức chịu tải của lớp này để đảm bảo điều kiện làm việc tin cậy của cọc
+ Khi cọc làm việc trong đài cao hoặc cọc dài và mảnh xuyên qua lớp đất nếu có sức chịu tải nhỏ hơn 50kPa ( hoặc sức chống cắt thoát nước nhỏ hơn 10kPa) thì cần kiểm tra lực nén cực hạn của thân cọc
+ Khi cọc nằm ở sườn dốc, mép biên cạnh hố đào… cần kiểm tra tính ổn định của các cọc và móng Nếu có yêu cầu nghiêm ngặt đối với chuyển vị ngang, phải kiểm tra chuyển vị ngang
+ Tính toán khả năng chống nứt và độ mở rộng khe nứt của cọc và đài cọc bằng bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện hành
* Cường độ của vật liệu làm cọc
Cọc BTCT chế tạo sẵn phải được thiết kế để có thể chịu được giá trị nội lực sinh ra trong quá trình cẩu, vận chuyển, lắp dựng, thi công hạ cọc và chịu tải với hệ số an toàn và hợp lý
- Ứng suất cho phép lớn nhất trong cọc khi làm việc không được vượt quá 0,33Rb
Trang 2813 - Ứng suất cho phép lớn nhất do đóng cọc ( có thể sinh ra hai loại song ứng suất nén và kéo ) , không được vượt quá giới hạn : 0,85Rb ( cho trường hợp sóng nén); 0,70fy ( cho trường hợp song kéo); ( Rb cường độ chịu nén của bê tông; fy : giới hạn dẻo của thép)
Dựa trên điều kiện làm việc của cọc, cấp độ bền tối thiểu cho bê tông cọc có thể lấy như sau:
Bảng 2.1 Cấp độ bền tối thiểu của bê tông làm cọc [2]
bê tông
Cấp độ bền của bê tông tương ứng Mác bê tông (MPa) Cọc phải đóng đến độ chối rất nhỏ 400 B30
Điều kiện bình thường và dễ đóng, ép 250 B20
2.1.1 Sức chịu tải của cọc đơn 2.1.1.1 Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu
Tính toán cọc theo độ bền của vật liệu theo yêu cầu của các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hoặc thép
QVL =ϕ(R Abb+RsA )(skN) (2.1) Trong đó:
As : Diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong cọc (m2) ϕ: hệ số uốn dọc của cọc
ϕ =1, 028 0, 0000288− λ2−0, 0016λ (2.2) ϕ=1,028 0, 0003456− λd2−0, 00554λd (2.3) Với λ độ mảnh của cọc, λ=l0/r ( cọc tròn hoặc cọc vuông), λ =l0/b (cọc chữ nhật)
Trang 29Hoặc ϕ tra theo bảng sau: Bảng 2.2 Hệ số uốn dọc ϕ
r : bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông b – bề rộng của tiết diện chữ nhật
l0 – chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau: Trường hợp 1: khi thi công ép ( đóng ) cọc: l01=v1*l1
Trong đó: v1=1.0 ( thiên về an toàn xem vị trí nối cọc là liên kết khớp, tại vị trí lực tác dụng khi ép cọc như tựa đơn)
l1 - chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đất (Trong trường hợp đoạn lớp đất yếu nằm trên cùng thì chiều dài l1 tính từ đáy lớp đất yếu đến đỉnh cọc phía trên)
Trường hợp 2: khi cọc chịu tải trọng công trình : l02=v2*l2 Với v2 = 0.5 ( thanh ngàm hai đầu )
l2 = le ( với le là chiều dài tính đổi ) M.Jacobson đề nghị hệ số uốn dọc khi có sự hiện diện của lớp bùn loãng xung quanh cọc theo bảng sau :
Với L là chiều dài cọc, r là bán kính hoặc cạnh cọc vuông.[2]
2.1.1.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền a) Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng
Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền - Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo đất nền được tính:
tca
tc
k
=
(2.4)
Trang 3015 Qa - sức chịu tải cho phép tính toán (kN) Qtc - sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc đơn (kN) ktc - hệ số an toàn
Xác định sức chịu tải tiêu chuẩn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Qtc =m m q A( Rp. p+u∑m f lfsi i) (2.5)
Trong đó : qp và fs - cường độ đất nền dưới mũi cọc và lực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc, ( tra theo bảng)
m - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1.0 mR , mf - hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở mũi cọc và ở mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất, xác định theo bảng 2.6 [2]
b) Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền được xác định theo công thức sau (theo phụ lục B TCXD 205-1998):
Qu =Qs+Qp (kN) (2.6) Hay Qu = A fs. s+A qp. p (2.7) Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo công thức:
sp
a
QQQ
=+ (kN) (2.8) Trong đó:
Qs : sức chịu tải cực hạn do ma sát (kN) Qp : sức chịu tải cực hạn do kháng mũi (kN) FSs: Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên ( FSs =1.5 2÷ ) FSp: Hệ số an toàn cho sức kháng mũi cọc ( FSp =2.0 3.0÷ )
- Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát Qs
Qs =u∑ f lsi i (2.9)
Với u : chu vi của tiết diện cọc (m)
Trang 31fsi : lực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên cọc (kN/m2) li : chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua (m)
Công thức tính ma sát bên đơn vị tác dụng lên cọc được xác định: I 'tan I
siaihai
f =c +σ ϕ (2.10) Trong đó:
Iai
c : Lực dính giữa thân cọc và đất Với cọc đóng bê tông cốt thép , I
ai
c = Ii
c trong đó I
ϕ trong đó I
i
ϕ là góc ma sát trong của lớp đất thứ i (lấy theo trạng thái giới hạn I)
z: Độ sâu tại vị trí tính toán - Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp
Qp = A qp p (2.13) Trong đó :
Ap : diện tích tiết diện ngang mũi cọc (m2)
Trang 3217 + c: lực dính đơn vị của lớp đất chứa mũi cọc (T/m2) + N Nc; q;Nγ : Hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào gốc ma sát của đất dưới mũi cọc
+ d : cạnh cọc vuông hoặc đường kính của cọc tròn + '
2.1.1.3 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên hiện trường a) Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Sức chịu tải cực hạn của một cọc: Qu =Qs+Qp (2.16) - Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp
Qp = A qp p (2.17) Giá trị qp được xác định theo công thức:
qp =K qc. c (2.18) Với Kc – hệ số mang tải
qc - sức chống xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía trên và 3d phía dưới mũi cọc
Sức chịu tải cực hạn do ma sát Qs
Qs =u∑ f lsi i (2.19)
Trong đó: li – chiều dài của cọc trong lớp đất thứ i
u – chu vi tiết diện cọc (m)
Trang 33fsi – lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ i và được xác định theo cường độ đất nền ở mũi cọc qc ở cùng độ sâu, theo công thức:
cisi
i
qf
α=
Fs
=
(2.21)Bảng 2.4 Bảng xác định hệ số kc và α theo loại đất
qc (kPa)
Hệ số kc
Hệ số α
Giá trị cực đại qp (kPa)
Đất loại sét cứng vừa 2.000÷5.000 0,45 40 35 Đất loại sét, cứng đến rất cứng >5.000 0,55 60 35
Ap - diện tích tiết diện mũi cọc, m2 Ns – chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời Nc – chỉ số SPT trung bình trong lớp đất dính Ls – chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời,m Lc – chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính,m
Trang 3419 u – chu vi của tiết diện cọc Wp – hiệu số trọng lượng cọc và trọng lượng đất do cọc thay thế
* Theo công thức của Nhật Bản – Việt Nam
Ap - diện tích tiết diện mũi cọc, m2 Ns – chỉ số SPT lớp đất rời bên thân cọc Nc – chỉ số SPT lớp đất dính bên thân cọc Ls – chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời,m Lc – chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính,m u – chu vi của tiết diện cọc
α - hệ số, phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc Cọc BTCT lấy α =30; cọc nhồi lấy α=15
* Theo công thức Meyerhof (1956) (dùng cho đất rời)
Qu=K N A1 . p+K N A2. tb. s (2.24) u
aQQ
FS
N – chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc
Ap - diện tích tiết diện mũi cọc, m2
Ntb – chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời As – diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời, m2
K1 – hệ số, lấy bằng 400 cọc đóng, 120 cọc nhồi K2 – hệ số , lấy bằng 2 cọc đóng, 1 cọc nhồi Fs – hệ số an toàn, lấy bằng 2,5-3,0
c) Sức chịu tải của cọc theo công thức thử động
* Sức chịu tải của cọc theo công thức của Gersevanov
Sức chịu tải cho phép của cọc: tc
atc
k
=
Trang 35Qtc - sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo công thức động của Gersevanov (kN) ktc - hệ số an toàn, được lấy như sau:
Bảng 2.5 Xác định hệ số ktc
Móng có trên 21 cọc ktc = 1,4 Móng có từ 11 đến 20 cọc ktc = 1,55 Móng có từ 6 đến 10 cọc ktc = 1,65 Móng có từ 1 đến 5 cọc ktc = 1,75
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc Qtc (kN):
utc
d
Khi thử động cọc đóng, Nếu độ chối thực + ef ≥0, 002m => 1 4 . 2( ) 1
Trang 3621
Bảng 2.7 Năng lượng tính toán Θpcủa búa
va đập búa Θp, kNm 1 Búa treo hoặc tác dụng đơn động 10WH
4 Búa diesel khi đóng kiểm tra lại bằng va đập đơn Bảng 2.8 Năng lượng tính toán Θpcủa búa rung
Lực kích thích của máy rung, kN
100 200 300 400 500 600 700 800
Năng lượng tính toán tương đương va đập của máy rung Θp,kNm
45 90 130 175 220 65 310 350
* Sức chịu tải của cọc theo công thức của Hilley
Sức chịu tải giới hạn xác định theo công thức
cf
kWhQ
+=
+
k – hiêu suất cơ học của búa đóng cọc Wc – trọng lượng của cọc , (kN) W - trọng lượng của búa đóng, kN h – chiều cao rơi búa
e – hệ số phục hồi ef độ lún của cọc dưối một nhát búa khi thí nghiệm, m c1 - biến dạng đàn hồi của đầu cọc, đệm đầu cọc và cọc dẫn, m
Trang 37c2 – biến dạng đàn hồi của cọc, m c3 – biến dạng của đất nên, thường lấy bằng 0,005m A – diện tích tiết diện cọc , m2
E - mô đun đàn hồi của vật liệu cọc, kN/m2 Hệ số an toàn khi áp dụng công thức Hilley Fs ≥3,0 [2]
2.1.2 Xác định số lượng cọc
.
ttc
aTk
Nn
>
Nếu Pmin <0 thì phải kiểm tra cọc chịu nhổ: Qa nhổ +Wf Pmin (2.33)
2.1.4 Ước lượng độ lún của móng cọc
a) Xác định kích thước khối móng quy ước Với ϕtb =( ∑ϕi.li )/Ltb (2.34)ϕi – góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày li
Ltb – độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài Ltb = ∑li
Hình 2.1 Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp
Trang 3823 b) Kiểm tra ổn định nền dưới đáy khối móng quy ước
tc
quM
W
= +∑ ≤
(2.36) min 0
tctc
tbquM
P - áp lực trung bình tiêu chuẩn dưới đáy móng khối quy ước
ax
tcm
P - áp lực lớn nhất dưới móng khối quy ước
min
tc
P - áp lực nhỏ nhất dưới đáy móng khối quy ước
tcN
∑ - tổng lực dọc tại tâm đáy móng khối quy ước
tcM
∑ - tổng mô ment ở đáy móng khối quy ước lấy bằng ∑M tại tâm đáy đài
Wqu – moment chống uốn của tiết diện móng khối quy ước
(Với
2
.6
quququ
B L
Lqu, Bqu – chiều dài và chiều rộng của móng khối quy ước RIIqu - sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng khối quy ước c) Kiểm tra độ lún của khối móng quy ước
S<[ ]Sgh (2.38) * Tính lún của nhóm cọc theo móng khối quy ước, bằng phương pháp tổng phân tố
12
1
.1
iiii
ee
e
−=
+
Trang 39Hình 2.2 Xác định vùng nền để tính lún móng cọc dưới đáy móng Với ứng suất do trọng lượng bản thân : σz = ∑γi hi (2.40) Ứng suất gây lún: σgl* = Ntc/F + γtb h - γ h (2.41) Ứng suất gây lún theo độ sâu: σp = k0 * σgl* (2.42)Với k0 phụ thuộc vào l/b và z/b
Điều kiện tính lún trong phạm vi nền: σp ≤ 0.2σz (2.43)
2.1.5 Độ lún của móng cọc đài bè
Nếu bề rộng của móng cọc B>20m thì tính theo phương pháp lớp đàn hồi Độ lún tính toán của móng gồm nhiều cọc mà mũi cọc tựa lên đất có mô đun biến dạng E≥20Mpa xác định như sau:
0,12 .p BS
E
Trang 4025 Với p – áp lực trung bình lên nền đáy đài (kN/m2) B – chiều rộng hoặc đường kính móng
E – môđun biến dạng trung bình của lớp chịu nén dưới mặt mũi cọc với chiều dày bằng B
h1 , h2 , hi - chiều dày của lớp 1, 2 và lớp i k1 , k2 , ki - hệ số kệ đến độ sâu của lớp lấy theo bảng, tuỳ theo độ sâu của lớp đáy.[2]
Bảng 2.9 Xác định trị số k Độ sâu của đáy lớp (phần lẻ của B)
Hình 2.3 Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu
