Nghiên cứu giải pháp sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -  - NGUYỄN ANH WUYN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -  - NGUYỄN ANH WUYN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HOÀNG PHƯƠNG HOA Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu, kết tính tốn nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Anh Wuyn LỜI CẢM ƠN u tiên, in bày t l ng biết n sâu s c đến ngư i th y PGS TS Hoàng Phương Hoa đ tận tình hư ng n ch y, t o m i u kiện đ ng viên nhi u đ tơi c th hồn thiện luận văn Trong suốt trình thực hiện, th y đ y cho tơi hình thành lối tư uy khoa h c, nhận thức sâu s c đánh giá đ ng đ n tiế nhận nh ng kiến thức m i ng th i, in cảm n đến th y, cô B môn C u H m trư ng i H c Bách Khoa Nẵng đ nhiệt tình giảng y, truy n đ t cho ch ng nh ng kiến thức m i m b ích, đ ch ng tơi c th vận ng n cơng việc Tôi c ng in cảm n đến Khoa đào t o sau đ i h c i h c Bách Khoa Nẵng đ t o m i u kiện gi đ đ ch ng c th hoàn thành kh a h c Cuối c ng, muốn bày t l ng biết n sâu s c đến gia đình, nh ng ngư i b n đ ng nghiệ đ t o u kiện, đ ng viên, gi đ nh ng ngày tháng h c tậ nghiên cứu Xin chân thành cảm n! Nẵng, ngày tháng năm Tác giả luận văn Nguyễn Anh Wuyn NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG SÀN GIẢM TẢI CHỐNG LÚN CHO ĐƯỜNG ĐẦU CẦU Học viên: Nguyễn Anh Wuyn Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Lún đoạn đường đầu cầu tượng hay gặp cơng trình đường tơ, đặc biệt đường ô tô đắp đất yếu Trong thực tế xây dựng, có nhiều cơng trình bị lún, sập xây dựng đất yếu biện pháp xử lý phù hợp hiệu Việt Nam biết đến nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt khu vực miền Nam Việc đưa số biện pháp xử lý đất yếu để lựa chọn giải pháp tối ưu áp dụng cho cơng trình cách có hiệu cần thiết Trong toàn tuyến đường ô tô, đoạn đường đắp đầu cầu hạng mục cơng trình quan trọng, địi hỏi phải có nghiên cứu xử lý giải pháp kỹ thuật riêng biệt đáp ứng yêu cầu cường độ, độ ổn định, êm thuận thẩm mỹ Luận văn cao học tập trung nghiên cứu giải pháp lựa chọn kết cấu sàn giảm tải hợp lý cho đường đầu cầu, nội dung nghiên cứu bao gồm phương pháp tính tốn hệ số nền, ngun lý tính tốn sàn giảm tải áp dụng hệ số để tính tốn, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải hợp lý cho đường đầu cầu dự án thực tế Từ khóa – Sàn giảm tải, hệ số nền, đường đầu cầu RESEARCH SOLUTIONS USING THE LOAD REDUCE FLOOR TO AGAINST SUBSIDENCE FOR THE FIRST ROAD BRIDGE ABSTRACT: The first section of the road lies the bridge is a very common phenomenon on the construction of highways, especially the street cars up on weak ground In actual construction, there are a lot of works that are sunk, collapsed when built on a weak ground due to no suitable and effective treatment measures Vietnam is known to be home to many of the weak soil, especially in southern areas Making some weak ground handling measures new to choose optimal solutions that apply to the work in a way that effectively is essential In the entire automobile roads, ramp up the top of the bridge is one of the important projects, requiring research and processed by the separate technical solutions can meet the requirements of the intensity , the stability, the pros and aesthetics This master thesis focuses on the floor texture selection solution reduces the load for the first line, the content of research include the method of calculating the coefficient of the background, the principle of reducing the load floor calculations and apply the background factor to calculate choice of floor texture, reduce the load for the first line of the project a reality Key words – The load reduce floor, background factor, the first road bridge MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học- thực tiễn đề tài Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 1.1 Tổng quan tượng lún đường đầu cầu 1.2 Công nghệ xử lý lún đường đầu cầu đất yếu 1.2.1 Khái niệm đất yếu 1.2.2 Phân loại đất yếu 1.2.3 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún đường đầu cầu sử dụng phổ biến xây dựng cơng trình giao thơng [2], [3] 1.2.4 Một số giải pháp công nghệ xử lý lún đường đầu cầu sử dụng phổ biến xây dựng cơng trình giao thơng 22 CHƯƠNG CÁC YÊU CẦU VỀ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA LÚN ĐOẠN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 33 2.1 u cầu tính tốn, thiết kế đường đầu cầu 33 2.1.1 Yêu cầu đảm bảo ổn định cơng trình đắp đất yếu phương pháp kiểm toán ổn định 33 2.1.2 Yêu cầu độ lún cho phép phương pháp dự báo lún 35 2.1.3 Phương pháp dự báo tổng cộng 37 2.1.4 Xác định sức chịu tải cọc 41 2.1.5 Kiểm tra điều kiện chọc thủng sàn 43 2.1.6 Kiểm toán ứng suất đất đáy móng khối quy ước (mặt cắt bất lợi nhất) 44 2.2 Phương pháp xây dựng mơ hình phân tích kết cầu với MIDAS/CIVIL 46 2.2.1 Giới thiệu phương pháp [4] 46 2.2.2 Hệ số 47 2.2.3 Nguyên lý tính toán sàn giảm tải 51 2.3 Phân tích nguyên nhân gây tượng lún lệch đường đầu cầu 52 2.3.1 Các nguyên nhân gây tượng lún lệch 52 2.3.2 Ảnh hưởng tượng lún lệch đến việc sử dụng khai thác đường cơng trình lân cận 56 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN HỢP LÝ HỆ CỌC BẢN SÀN GIẢM TẢI CẦU SÁU NẠN TẠI KM6+512,64 ĐOẠN NĂM CĂN – ĐẤT MŨI, TỈNH CÀ MAU 58 3.1 Tổng quan cầu sáu nạn 58 3.1.1 Quy mô xây dựng 58 3.1.2 Đặc điểm kết cấu 58 3.2 Tính tốn hệ số theo modun biến dạng 59 3.2.1 Địa chất lớp đất 59 3.2.2 Kết tính toán hệ số 60 3.3 Áp dụng hệ số tính tốn, lựa chọn kết cấu sàn giảm tải 62 3.3.1 Phương án 62 3.3.2 Phương án 2: Giữ nguyên kích thước sàn giảm tải khoảng cách cọc, thay đổi chiều dài cọc Lc=45(m) 69 3.3.3 Phương án 3: Giữ nguyên kích thước sàn giảm tải chiều dài cọc, thay đổi khoảng cách cọc axb=2,1x2,3(m) 72 3.4 Kết luận 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Các giải pháp xử lý tương ứng theo tư xử lý 2.1 Hệ số ổn định yêu cầu 33 2.2 Độ lún sau thi công cho phép 36 2.3 Bảng hệ số qs , qp 43 2.4 Bảng tra hệ số theo Quy trình 22TCN 18-79 47 2.5 Bảng tra hệ số theo J.E.Bowles 47 3.1 Bảng tính hệ số với cọc 45x45(cm) 60 3.2 Bảng tính hệ số với cọc 40x40(cm) 61 3.3 Bảng tính hệ số với cọc 35x35(cm) 61 3.4 Bảng tính hệ số với cọc 30x30(cm) 61 3.5 Bảng kiểm tra nội lực cọc 45x45(cm) 65 3.6 Bảng kiểm tra nội lực cọc 40x40(cm) 66 3.7 Bảng kiểm tra nội lực cọc 35x35(cm) 67 3.8 Bảng kiểm tra nội lực cọc 30x30(cm) 68 3.9 Bảng kiểm tra nội lực cọc 45x45(cm) 70 3.10 Bảng kiểm tra nội lực cọc 40x40(cm) 70 3.11 Bảng kiểm tra nội lực cọc 35x35(cm) 71 3.12 Bảng kiểm tra nội lực cọc 30x30(cm) 72 3.13 Bảng kiểm tra nội lực cọc 45x45(cm) 73 3.14 Bảng kiểm tra nội lực cọc 40x40(cm) 73 3.15 Bảng kiểm tra nội lực cọc 35x35(cm) 74 3.16 Bảng kiểm tra nội lực cọc 30x30(cm) 75 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Các yếu tố đặc trưng hệ thống đường dẫn đầu cầu 1.2 Lún lệch đường đầu cầu 1.3 Thi công cọc cát 1.4 Thi cơng cọc cát 1.5 Thốt nước thẳng đứng giếng cát 10 1.6 Hạ cọc ống thép vào đất yếu 11 1.7 Đổ cát chuẩn bị sẵn qua "cửa sổ" đỉnh cọc ống thép 12 1.8 Rút cọc ống thép lên 12 1.9 Hồn thành việc thi cơng giếng cát 13 1.10 Thi công cắm bấc thấm Formosa Hà Tĩnh 14 1.11 Máy ép bấc thấm 14 1.12 Sơ đồ cấu tạo đường có bố trí cọc bê tơng 22 1.13 Quá trình cố kết đất 23 1.14 Hệ thống cố kết chân không 23 1.15 Trước hút chân không 24 1.16 Đang hút chân không đất giai đoạn cố kết 24 1.17 Bước 1: Thi cơng lớp nước nằm ngang (lớp cát hạt thô) 26 1.18 Bước 2: Thi công cắm bấc thấm 26 1.19 Bước 3: Lắp đặt hệ thống hút chân không: ống thu nước 26 1.20 Bước 4: Lắp đặt lớp màng chân không 27 1.21 Chạy bơm hút chân không 27 1.22 Bước 6: Đắp cát bù lún 27 1.23 Phương pháp trộn ướt sâu 28 1.24 Phương pháp trộn khô sâu 29 1.25 Thi công cọc đất – xi măng 30 1.26 Sử dụng ống cống thay cho đất đắp đường đầu cầu để giảm nhẹ tải trọng tác dụng lên đất yếu bên 31 2.1 Toán đồ xác định hệ số độ lún F trục tim tải trọng đắp hình thang 40 2.2 Các nhân tố gây tượng lún lệch (Wahls, 1997) 53 2.3 Xếp loại loại đất có khả xói mịn (Briaud cộng sự, 1997) 54 Số hiệu Tên hình hình Trang 2.4 Kết cấu mố không liền khối (mố cọc) 55 2.5 Kết cấu mố liền khối 55 2.6 Sơ đồ lực gây cọc biến dạng đất yếu 57 3.1 Mặt cắt ngang đại diện 62 3.2 Cắt dọc bố trí sàn giảm tải 62 3.3 Mặt bố trí cọc BTCT 63 3.4 Mơ hình 63 3.5 Mơ hình 64 3.6 Kết nội lực đầu cọc theo mơ hình 64 3.7 Kết nội lực đầu cọc theo mơ hình 65 3.8 Kết nội lực đầu cọc 40x40(cm) 66 3.9 Kết nội lực đầu cọc 35x35(cm) 67 3.10 Kết nội lực đầu cọc 30x30(cm) 68 3.11 Mơ hình bố trí cọc 69 3.12 Nội lực đầu cọc 45x45(cm) 69 3.13 Nội lực đầu cọc 40x40(cm) 70 3.14 Nội lực đầu cọc 35x35(cm) 71 3.15 Nội lực đầu cọc 30x30(cm) 71 3.16 Mơ hình bố trí cọc 72 3.17 Nội lực đầu cọc 45x45(cm) 72 3.18 Nội lực đầu cọc 40x40(cm) 73 3.19 Nội lực đầu cọc 35x35(cm) 74 3.20 Nội lực đầu cọc 30x30(cm) 74 3.21 Biểu đồ thể thay đổi nội lực đầu cọc kích thước cọc thay đổi 75 73 Bảng 3.13 Bảng kiểm tra nội lực cọc 45x45(cm) Nội lực đầu cọc Kích thước cọc (cm) 45x45 (KN) Khả TTGH TTGH cường độ sử dụng 1077,37 756,16 chịu lực cọc (KN) 1659,86 Kiểm tra sức chịu Kiểm tra điều kiện Kiểm tra biến tải chọc dạng cọc thủng Đạt Đạt Đạt b Kích thư c c c 4 (cm) - Nội lực đầu cọc theo trạng thái giới hạn cường độ: Hình 3.18 Nội lực đầu cọc 40x40(cm) Bảng 3.14 Bảng kiểm tra nội lực cọc 40x40(cm) Kích thước cọc (cm) 40x40 Nội lực đầu cọc (KN) TTGH cường độ TTGH sử dụng Khả chịu lực cọc (KN) 1200,97 842,91 1475,24 Kiểm tra sức chịu tải cọc Kiểm tra điều kiện chọc thủng Kiểm tra biến dạng Đạt Đạt Đạt 74 c Kích thư c c c 35 35(cm) - Nội lực đầu cọc theo trạng thái giới hạn cường độ: Hình 3.19 Nội lực đầu cọc 35x35(cm) Bảng 3.15 Bảng kiểm tra nội lực cọc 35x35(cm) Kích Nội lực đầu cọc thước cọc (cm) (KN) TTGH cường độ TTGH sử dụng 35x35 1346,67 945,17 Kiểm tra Kiểm tra Kiểm chịu lực cọc (KN) sức chịu tải cọc điều kiện chọc thủng tra biến dạng 1291,14 Không Đạt Đạt Khả d Kích thước cọc 30x30(cm) - Nội lực đầu cọc theo trạng thái giới hạn cường độ: Hình 3.20 Nội lực đầu cọc 30x30(cm) 75 Bảng 3.16 Bảng kiểm tra nội lực cọc 30x30(cm) Kích thước Nội lực đầu cọc (KN) cọc (cm) TTGH TTGH cường độ sử dụng 30x30 1517,93 1065,37 Kiểm tra sức chịu Kiểm tra điều kiện Kiểm tra biến cọc (KN) tải cọc chọc thủng dạng 1106,75 Không Đạt Đạt Khả chịu lực Hình 3.21 Biểu đồ thể thay đổi nội lực đầu cọc kích thước cọc thay đổi Nhận xét - Khi giữ nguyên kích thước sàn giảm tải khoảng cách cọc, thay đổi chiều dài cọc ngắn, kích thước cọc nhỏ nội lực đầu cọc tăng lên - Khi giữ nguyên kích thước sàn giảm tải chiều dài cọc, thay đổi khoảng cách cọc lớn, kích thước cọc nhỏ nội lực đầu cọc tăng lên - Phương án thiết kế đơn vị tư vấn đưa dư thừa, để tiết kiệm kinh phí đầu tư dự án để đảm bảo tính an tồn ta chọn phương án 3: Kích thước sàn giảm tải 20x22,1x0,35(m) BTCT 30Mpa đổ chỗ, cọc 40x40(cm) BTCT M300 đóng qua lớp đất yếu, chiều dài cọc L=50m Khoảng cách cọc 2,1x2,3m Cao độ mặt sàn giảm tải +0,65m 76 3.4 Kết luận Đối với cầu Cầu Sáu Nạn việc lựa chọn giải pháp sàn giảm tải cho đường đầu cầu đắp đất yếu hợp lý Tuy nhiên nghiêng an toàn Nên bố trí khoảng cách cọc dãn ra, giảm kích thước cọc đảm bảo điều kiện tính tốn để tiết kiệm kinh phí đầu tư 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình giao thơng tậ VIII, tiêu chuẩn thiết kế c u TCN-272-05, Giao thông vận tải [2] Bộ Giao thông vận tải (2000), Quy trình khảo sát thiết kế n n đư ng ô tô đ đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế, TCN – 2000, Giao thông vận tải [3] Dương Học Hải (2011), Xây ựng n n đư ng ô tô đ n n đất yếu, Xây dựng [4] Nguyễn Hữu Hưng (2007), Bài giảng hân tích kết cấu Mi as Civil, Đại học Giao thông vận tải Hồ Chí Minh [5] Hồ sơ thiết kế vẽ thi cơng (2011), Dự án đư ng H Chí Minh đo n Năm Căn – ất M i g i th u ây l số ây ựng c u Sáu N n (Km6+5 ,64), Ban Quản lý dự án đường Hồ Chí Minh [6] Lê Xuân Mai (2010), N n M ng, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [7] Nguyễn Hoàng Sơn (2009), Theo õi, đánh giá tượng l n n n đư ng đ u c u t i m t số t nh v ng đ ng sông Cửu ong [8] Tạp chí cầu đường, viết có liên quan Hội cầu đường Việt Nam Tiếng Anh [9] Anand J Puppala, Sireesh Saride, Ekarut Archeewa, Laureano R.Hoyos, and Soheil Nazarian (2009), “Recommendations for design, construction, and maintenance of Bridge approach slabs: Synthesis report”, Department of Civil Engineering, The University of Texas at Arlington, Arlington, Texas 76019 ... tài: ? ?Nghiên cứu giải pháp sử dụng sàn giảm tải chống lún cho đường đầu cầu? ?? Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu, tính tốn hệ số lớp đất - Áp dụng tính tốn lựa chọn hợp lý hệ cọc sàn giảm tải cầu. .. đầu - Chương 1: Tổng quan tượng lún đường đầu cầu; Phân tích, đánh giá số giải pháp công nghệ xử lý lún đường đầu cầu 1.1 Tổng quan tượng lún đường đầu cầu 1.2 Công nghệ xử lý lún đường đầu cầu. .. TƯỢNG LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU; PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 1.1 Tổng quan tượng lún đường đầu cầu 1.2 Công nghệ xử lý lún đường đầu cầu