Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ QUAN TRẮC TRONG THI CÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU TỪ THỰC TẾ GÓI THẦU EX-9, KM91+300-KM
Trang 1Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ QUAN TRẮC
TRONG THI CÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
TỪ THỰC TẾ GÓI THẦU EX-9, KM91+300-KM96+300
DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC HÀ NỘI - HẢI PHÒNG
Nguyễn Đình Thứ*, Phạm Văn Lương , Nguyễn Trọng Quang
TÓM TẮT: Xử lý nền đất yếu bằng các đường thấm thẳng đứng như bấc thấm (PVD), giếng cát (SD),
cọc cát đầm (SCP)đã được sử dụng rộng rãi với các công trình giao thông Tuy nhiên giữa kết quả tính toán và thực tế khi thi công có sự sai khác về tổng lún, thời gian cố kết và đặc biệt sau khi đưa công trình vào khai thác nền đường vấn tiếp tục lún và lún kéo dài gây khó khăn cho xe cộ khi tham gia giao thông, gây lãng phí cho công tác sửa chữa và gây bức xúc cho dự luận Từ thực tế công tác quan trắc tại gói thầu 9: km91+300-km96+300, Dự án đường ô tô cao tốc Hà Nội Hải Phòng, nhóm tác giả muốn trao đổi
về phân tích đánh giá các số liệu quan trắc nhằm đề xuất tiến trình thi công, thời gian kết thúc chờ đất cố kết; từ đó góp phần giải quyết tình trạng lún chênh giữa đoạn đường chuyển tiếp từ nền đường vào cầu
và cống.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Giải pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng đường thấm thẳng đứng như bấc thấm (PVD), giếng cát (SD) cọc cát đầm chặt (SCP), đã được sử dụng rộng rãi trong xây dựng công trình giao thông ở Việt Nam từ hơn 15 năm nay, đã đem lại hiệu quả rõ rệt về rút ngắn thời gian xây dựng
và nâng cao chất lượng công trình
Tuy nhiên giữa kết quả tính toán thiết kế và thực tế thi công vẫn có những sai khác về tổng lún, thời gian cố kết và đặc biệt sau khi thi công và đưa công trình vào khai thác nền đường vẫn xảy
ra lún và lún kéo dài gây khó khăn cho xe cộ khi tham gia giao thông và bức xúc cho dư luân xã hội
Từ các số liệu quan trắc của gói thầu EX-9, km91+300-km96+300, Dự án đường ô tô cao tốc Hà Nội- Hải Phòng, nhóm tác giả mong muốn trao đổi về phân tích, đánh giá kết quả quan trắc nhằm đề xuất tiến trình thi công, thời gian kết thúc chờ đất cố kết, từ đó góp phần giải quyết chênh lún giữa đoạn chuyển tiếp từ nền đường vào cống hoặc cầu
2 QUAN TRẮC VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC TẠI GÓI THẦU EX-9, DỰ ÁN ĐƯỜNG Ô TÔ CAO TỐC HÀ NỘI-HẢI PHÒNG
2.1 Sơ lược về cấu tạo địa tầng gói thầu EX-9
Địa tầng từ trên xuống gồm(xem hình 1):
Lớp 1: đất trồng trọt, đất lấp Lớp 2: Sét béo, sét gầy, sét gầy pha cát, bụi và bụi dẻo, trạng thái rất mềm yếu đến rất cứng Lớp 2 có thể chia làm 3 phụ lớp: Phụ lớp 2a: sét béo, sét gầy, sét gầy pha cát, bụi, bụi dẻo, màu xám xanh, xám đen, xám nâu, trạng thái rất mềm yếu đến mềm yếu
*
Nguyễn Đình Thứ, Tổng công ty tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI), thund t k@g m ail.co m ,
0913 00 22 33
Trang 2(CH, CL, ML, MH); phụ lớp 2b: sét béo, sét gầy, sét gầy pha cát, trạng thái cứng vừa, màu xám xanh, xám đen, xám nâu (CH, CL); phụ lớp 2c: sét béo, sét gầy, sét gầy pha cát, trạng thái cứng đến rất cứng, màu xám xanh, xám đen, xám nâu (CH, CL) Lớp 3 là cát bụi, lẫn sét chặt vừa; đến chăt Lớp 5 sét gầy, sét béo cứng vừa đến cứng
Hình 1 Mặt cắt địa chất điển hình của gói thầu 9 2.2 Công tác TKKT về xử lý nền đất yếu
Trong TKKT của gói thầu EX-9, nền đất yếu tuyến chính đuợc xử lý bằng 2 giải pháp là Bấc thấm (PVD) với 13 đoạn và Giếng cát (SD) với 8 đoạn và khoảng 100m bố trí 1 mặt cắt ngang quan trắc (xem hình 2) và gồm 2 loại:
Mặt cắt ngang quan trắc loại I, gồm: bàn đo lún trên mặt (3 bàn: tim, và 2 vai nền đắp ), cọc đo chuyển vị ngang 10 cọc (mỗi bên 5 cọc), thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng Piezometer (đặt ở 2 hoặc
3 độ sâu: 5m, 10m và 15m); 2 thiết bị đo chuyển vi ngang inlinometer) đặt ở 2 bên chân taluy nền đắp;
Mặt cắt ngang quan trắc loại II, gồm: bàn đo lún trên mặt (3 bàn), cọc đo chuyển vị ngang 10 cọc (mỗi bên 5 cọc);
Hình 2 bố trí các thiết bị quan trắc loại I và loại II
2.3 Quá trình thi công
Công tác thi công được bắt đầu từ tháng 8/2008, đến hết tháng 6/2012 đã có 10 đoạn thi công xong, đã dỡ tải và thi công các hạng mục khác
a) Lắp đặt các thiết bị quan trắc gồm:
Bàn đo lún trên mặt: được lắp đặt sau khi đã thi công xong PVD hoặc SD và đệm cát thoát nước; Cọc đo chuyển vị ngang; thiết bị đo ngang sâu: lắp đặt sau bàn đo lún mặt;
Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng: lắp đặt sau khi đã thi công xong lớp cát thoát nước;
b) Kết quả quan trắc: Kết quả quan trắc lún và đánh giá thực tế về ổn định của gói thầu EX-9
Trang 3Phân loại Phương pháp Hyperbolic Phương pháp Asaoka
Khái niệm
t
=¥ +ᥠâ
S t -S o
¥ è
¥ =tan¥
è
¥ á
Time
Phương trình
Phương trình S f = S 0 + 1
β 0
f
1 − β1
419
được tổng hợp trong bảng 1
Trong bài viết này chỉ tập trung phân tích đánh giá so sánh giữa các kết quả quan trắc (đặc biệt là kết quả quan trắc lún) của 1 trắc ngang km94+360 với các kết quả tính toán trong thiết kế kỹ thuật, nhằm quyết định tiến trình thi công (tốc độ đắp, chiều cao đắp, thời gian kết thúc đắp) Các đoạn khác cũng có cách làm tương tự
Theo thiết kế nền đắp được thi công 1 giai đoạn với tốc độ đắp 10cm/ngày (41ngày: 4.10m) Tuy nhiên khi thi công phải kéo dài tới 5 giai đoạn với thời gian đắp 205 ngày
Bảng 1: Tổng hợp tiến trình thi công và quan trắc gói thầu EX-9
Gói thầu EX-9-Bảng tổng hợp tiế n trình thi công và quan trắc
đo ạn
P h ương pháp
Ch iều sâu
x ử lý (m)
Nh ận xét
độ ổ n định
EX9-11
Đoạn T hí
BT N
2.4 Phân tích số liệu quan rắc
2.4.1 Tính toán độ lún và độ cố kết dựa trên kết quả quan trắc lún theo phương pháp Hyperbolic và Asaoka (hình 4)
Có một số phương pháp dự báo độ lún cuối cùng, và độ cố kết dựa theo tiến trình đắp và thời gian đắp, thường hay sử dụng 3 phương pháp là: Hyperbolic, Asaoka và Hoshino Hai phương
pháp đầu được sử dụng rộng rãi hơn nên ở đây chỉ trình bầy 2 phương pháp đó.
t 0
α + βt i 0 1 i −1
Trang 4Phân loại Phương pháp Hyperbolic Phương pháp Asaoka
Độ tin cậy
- giá trị dự đoán và đo sát nhau
- khi cấp cố kết vượt 70%, dự đoán có
thể sai số 10%
- dự đoán lún thấp hơn đo đạc,theo thời gian, nó tiến dần tới giá trị đo đạc.
- khi độ cố kết vượt 80%,dự đoán có thể sai
số 10%.
(a) (b)
Hình 3 Kết quả tính lún đoạn km 94+340-km94+440-TKKT (3a) và kết quả quan trắc (3b)
Trang 5y = 0.95x + 70
y = 0.0023x + 0.24
R 2
=
1.20
1.00
0.80
0.60
1450 1400 1350 1300 1250 1200 0.40
0.20
0 50 100 150 200 250 300 350 400
1150 1100 1050 1000
1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500
Si-1 (cm) Computation of Final Settlement and consolidation degree
β 0.0023 x 1451.783 Sf 1452 mm
U (%) 97.14 Expected Residual
9.2 cm Less than 20.0 c m OK 4.000 Less than 20.0 c m OK
Hình 4 Tính độ lún cuối cùng và độ cố kết theo phương pháp Hyperbolic (a) và Asaoka (b)
Kết quả tính lún của 2 phương pháp trên đều có tổng lún lớn hơn quan trắc thực
2.4.2 Tính toán lại độ lún (Re-calculated settlement), độ lún dư và độ cố kết
Tính toán lại độ lún là căn cứ chiều cao đắp và tiến trình đắp thực, với tính chất cơ lý như TKKT hoặc có điều chỉnh theo kết quả khảo sát ở BVTC (nếu có)
Trang 6(a) (b)
Hình 5 tính lún lại với chiều cao đắp thực và thời gian thi công thực
2.4.3 Phân tích phản hồi
Kết quả quan trắc lún là 136cm với chiều cao đắp 4.85m, tuy nhiên do khi thi công xong lớp đệm cát 0.80m mới đặt bàn đo lún nên chiều cao gây lún thực sự sẽ chỉ là 4.85-0.80=4.05m Như vậy
pháp Hyperbolic và Asaoka và kết quả đo lún thực cũng lớn hơn kết quả trong TKKT, do đó cần phải phân tích phản hồi
Tổng hợp kết quả tính toán độ lún, kết quả đo lún (xem bảng 2)
Bảng 2 Tổng hợp kết tính toán và kết quả đo lún
H tk +bù lún(m): chiều cao đắp theo
137.67(c)
131.39(d) 93.93 (e)
Độ lún qui đổi do lớp đệm cát gây
Ghi chú:
9 * Độ lún qui đổi : thực tế thi công-sau khi vét hữu cơ, đắp trả bằng cát đắp, đắp lớp đệm cát dưới (60cm), thi công PVD, đắp lớp đêm cát trên (20cm), Nhà thầu mới đào để đặt bàn lún, nên
độ lún do lớp đệm cát gây ra tạm tính theo tỷ lê: 4.05m lún thực đo là 136cm thì 0.80m lún 26.86cm;
9 (a) Chiều cao nền đắp tính từ khi đặt bàn quan trắc: 4.85-0.80=4.05m;
9 (b) Độ lún thực đo từ khi đặt bàn đo lún;
9 (c) Đô lún ngoại suy từ độ lún thực đo với chiều cao đắp 4.10m;
9 (d)và (e): độ lún tính lại với chiều cao đắp He=4.85m và 4.10m;
9 (g) : độ lún thực +độ lún qui đổi với chiều cao đắp 4.85m;
Theo bảng 2, nếu độ lún theo TKKT là 94.72cm, độ lún của lớp đệm cát là 26.86 cm, thì độ lún ứng với chiều cao đắp 4.10m và 4.85m tương ứng là 137.67cm và 164.53 Khi chiều cao đắp cộng với đắp bù lún là 4.10, sau khi chờ đất đạt độ cố kết thì chiều cao nền đường sẽ chỉ còn là: 4.10m-1.37m=2.72m Chiều cao nền đường sau lún sẽ thấp hơn chiều cao thiết kế là
Trang 72.72m=0.48m Theo phương pháp Hyperbolic sẽ cần đắp thêm khoảng 0.505m và phương pháp Asaoka là 0.453m Phương pháp phân tích phản hồi sẽ dựa trên các lựa chọn sau:
- Trường hợp 1: Thông thường khi phân tích phản hồi người ta sẽ vẽ tập hợp các đường cong lún
nghiệm các lớp đất, và sẽ lựa chọn đương cong lún phù hợp với kết quả với đường cong thực đo;
- Trường hợp 2: Nếu theo trường hợp 1 mà vẫn không tìm được đường cong phù hợp với kết quả
đo, ta cần vẽ thêm chùm đường cong thứ 2: các tính chất cơ lý như trường hợp trên, nhưng giá trị
cong lún thực đo;
đường cong lún và tìm được đường cong lún phù hợp với kết quả quan trắc
Tổ hợp lựa chọn chỉ tiêu để tính phản hồi (feed back analysis) như sau:
Bảng 3: lựa chọn chỉ tiêu cho tính phản hồi
Cc (hệ số ép
nén)
- Layer 2a1
- 1.0
- 0.40;
- 0.90
- 0.40;
lực tiền cố
kết/hệ số quá
cố kết
- Layer 2a1
- Layer 2a2
0/1 0/1
- 3.1/1
- 6.2/1
- 3.1/1
- 6.2/1;
số cố kết ngang
/hệ số cố
kết theo đứng
- Layer 2a1
- Layer 2a2
1 1
Kết quả tính toán thể hiện trên hình 6
Km94+360: lún quan trắc, lún tính phản hối và lún quan trắc có hiệu chỉnh lún do lớp đệm cát
600
400
0
-200
-400
-600
-1000
-1400
Set t l ement ( ch=2cv)
-1600
-1800
-2000
0 30 60 90 120 150 18 0 210 240 270 300 3 30 360 390 420 450
48 0 510
Surcharge Set t lement (Left ) Set t lement (Cent er) Set t lement (Right ) Actual Emb(cm) Set t lement (ch=cv)
Set t lement Ch=1.5cv Set t lement (ch=2cv) Cent erline adjuiment set t lement
Hình 6 Tổ hợp kết quả tính lún phản hồi
tổng lún 167.73cm khá phù hợp với các giá trị tổng lún từ giá trị đo đạc (có hiệu chỉnh lún do lớp đêm cát gây ra), và giá trị lún theo phương pháp Hyperbolic và Asaoka (xem bảng 1)
Trang 82.4.4 Cố kết (Piezometer)
Trong quá trình đắp áp lực nước lỗ rỗng dư tăng lên, khi ngừng đắp thì áp lực nước lỗ rỗng dư giảm xuống đó là sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng (xem hình 7) Độ cố kết của nền đất có thể tính theo phương pháp Hyperbolic và Asaoka (như trình bầy ở trên) và có thể tính theo mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng (bảng 4)
Hình 7 Đồ thị áp lực nước lỗ rỗng dư theo tiến trình đắp và thời gian Bảng 4 Tính độ cố kết theo áp lực nước lỗ rỗng dư và tải trọng nền đắp
2.4.5 Ổn định
a) Ổn định nền đắp theo kết quả quan trắc cọc chuyển vị ngang trên mặt.
Theo qui trình 22TCN262-2000 nền đường ổn định khi chuyển vị ngang đo tại các cọc 2 bên taluy nền đắp <=5mm/ngày Tuy nhiên biên độ dịch chuyển ngang lớn nhất không nằm trên mặt
mà phân bố ở độ sâu dưới nền đắp Tùy thuộc vào tính chất của nền đất yếu, chiều cao đắp mà biên độ chuyển vị ngang lớn nhất thường phân bố ở độ sâu từ vài mét đến bảy, tám mét, hoặc lớn
có thiết bị quan trắc chuyển vị ngang sâu (Incinometer)
b) Ổn định nền đắp theo kết quả quan trắc của thiết bị đo chuyển vị ngang sâu(inclinometer)
Khi thi công nền đường đắp trên đất yếu, dựa vào kết quả quan trắc lún trên mặt tại tim và kết quả đo chuyển vị ngang sâu (Inclinometer) để kiểm soát ổn định, thường dùng 3 phương pháp sau: phương pháp Kurihara-Mochinaga, Tominaga-Hasshimoto và Masuo-Kawamura Từ kết quả đo đạc có thể lập các các quan hệ giữa độ dịch chuyển ngang (theo Inclinometer) và độ dịch
Trang 9chuyển đứng Ở đây chỉ đánh giá ổn định theo phương pháp Masuo - Kawamura (xem hình 8) như sau:
Phương pháp Kurihara –Mochinaga
Tiêu chí
đặc trưng
• Dịch chuyển ngang >2cm/ngày,
nền đường đắp mất ổn định
• Tiêu chuẩn kiểm tra: nếu ∆σ/∆t =
> 2cm/ ngày, nền đường mất ổn
định
Ứng dụng • Dễ áp dụng
Tominaga-Hashimoto
Phương pháp Matsuo & Kawamura
Khái niệm
Tiêu chuẩn
kiểm tra
nền đắp sẽ phá hoại:
α2 ≥ 0.7 or α2 ≥ α1+0.5 Chuyển vị ngang > chuyển vị đứng
qi: tải trọng nền đắp ; qf: tải trọng phá hoại nền đắp
Ứng dụng
nếu nền đắp tiến dần tới phá
Như vậy nó tiến về khu vực I-II,có nghĩa nền đắp không ổn định
phá hoại hay không tùy thuộc đường cong
có tiến gần tới đường phá hoại không trong quá trình đắp nền.
Hình 8 Kiểm soát ổn định trong quá trình đắp theo phương pháp Masuo-Kawamura
Theo biểu đồ như trên: Phương pháp Masuo-Kawamura: qi/qf>0.80 - nền đường có biểu hiện mất ổn định Thực tế tại vị trí này ống đo Inclinometer do nền đường biến dạng ngang quá lớn nên không thể đo được phải thay ống đo mới tới 2 lần
Trang 103 KẾT LUẬN
Quan trắc trong quá trình thi công xử lý nền đất yếu là công tác bắt buộc nhằm đảm bảo ổn định cho nền đường và giúp điều chỉnh kịp thời tiến trình đắp, thời gian đắp, chiều cao đắp để nền đường được chất đủ tải và quan trọng là đánh giá độ lún cuối cùng, độ cố kết để quyết định cho phép kết thúc một giai đoạn đắp hoặc kết thúc toàn bộ tiến trình đắp chuyển sang thi công các hạng mục khác trong tiến trình xây dựng một tuyến đường Nội dung phân tích đánh giá có thể tóm tắt như sau:
3.1 Đánh giá lún
3.1.1 Đánh giá độ lún theo phương pháp Hyperbolic và Asaoka: dựa trên kết quả đo lún với
chiều cao đắp thực để tìm ra độ lún cuối cùng và độ cố kết;
3.1.2 Tính toán lại độ lún (recalculated settlement): Dựa theo chiều cao và tiến trình đắp thực 3.1.3 Phân tích phản hồi: khi số liệu quan trắc lún sai khác với lún tính toán trong TKKT (có
thể lớn hơn, hoặc nhỏ hơn độ lún tính toán trong TKKT), cần thiết phải tính phản hồi Nội dung tính phản hồi xem mục II phần 3
3.2 Dự tính chiều cao đắp, độ lún, độ cố kết, thời gian chờ nền đất cố kết và độ ổn định cho giai đoạn tiếp theo
Từ kết quả đo lún (136cm), kết quả tính lại với He=4.10m (93.93cm), kết quả tính độ lún và độ
cố kết theo phương pháp Asaoka (138.4cm) và Hyperbolic (145.20cm) thấy rằng với chiều cao
thấp hơn chiều cao thiết kế khoảng 0.50m Do vậy cần thiết phải đắp thêm khoảng 0.50m để sau khi đạt tiêu chí về độ cố kết nền đường sẽ cao độ bằng và lớn hơn chiều cao thiết kế Thực tế đoạn này nhà thầu đắp với chiều cao là 4.85m Kết quả phân tích tại bảng 3 độ lún thực đo (có hiệu chính độ lún do lớp đệm cát) với chiều cao đắp 4.85 là 164.53cm Chiều cao nền đắp sau chờ cố kết là 4.85m-1.64m=3.21m, đúng bằng chiều cao thiết kế
trên ta sẽ tính để sau khi nền đạt độ cố kết thì chiều cao nền đắp bằng hoặc lớn hơn 4.0m Kết quả tính toán xem bảng 5:
Bảng 5 so sánh kết quả tính toán chiều cao đắp giữa TKKT và BVTC
Chiều dầy bù lún giai đoạn 2: Hbl-(GD2_ (m) 1.0 1.05
Ghi chú:(*) kết quả tính theothiết kế kĩ thuật (TKKT) và (**) kết quả tính theo quan trắc lún