Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đất yếu tuyến đường cao tốc hà nội thái nguyên và đề xuất các giải pháp xử lý thích hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN NGỌC HƯNG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU TUYẾN ĐƯỜNG CAO TỐC HÀ NỘI – THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ THÍCH HỢP NGÀNH MÃ SỐ : KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT : 60520501 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Lê Trọng Thắng HÀ NỘI – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn hồn tồn trung thực chưa có cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Ngọc Hưng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHÍNH XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU HIỆN NAY 10 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN KHU VỰC 20 2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC 20 2.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 23 CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÀ PHÂN VÙNG CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN TUYẾN 25 3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH ĐOẠN TUYẾN ĐƯỜNG 25 3.1.1 Địa tầng tính chất lý lớp 25 3.1.2 Đặc điểm địa chất thủy văn 35 3.2 PHÂN CHIA CÁC KIỂU CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU DỌC TUYẾN 35 3.2.1 Mục đích phân chia cấu trúc đất yếu dọc tuyến 35 3.2.2 Cơ sở nguyên tắc phân chia cấu trúc đất yếu 35 3.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH 39 3.3.1 Đặc điểm công trình xây dựng 39 3.3.2 Phân tích khả phát sinh vấn đề Địa chất cơng trình 39 3.3.3 Kiểm tốn vấn đề Địa chất cơng trình 42 3.3.3.1 Vấn đề biến dạng lún 42 3.3.3.2 Vấn đề ổn định đường tự nhiên 53 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ 60 4.1 LUẬN CHỨNG LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ 60 4.2 THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM 61 4.3 TỔ CHỨC THI CÔNG, QUAN TRẮC ĐỊA KỸ THUẬT 92 KẾT LUẬN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Đặc trưng lý lớp 26 Bảng 3.2: Đặc trưng lý lớp 27 Bảng 3.3: Đặc trưng lý lớp 28 Bảng 3.4: Đặc trưng lý lớp 29 Bảng 3.5: Đặc trưng lý lớp 30 Bảng 3.6: Đặc trưng lý lớp 31 Bảng 3.7: Đặc trưng lý lớp 32 Bảng 3.8: Đặc trưng lý lớp 33 Bảng 3.9: Đặc trưng lý lớp 11 34 Bảng 3.10: Ứng suất tâm móng cấu trúc kiểu I 47 Bảng 3.11: Ứng suất tâm móng cấu trúc kiểu II 50 Bảng 4.1: Bảng thông số chất lượng bấc thấm 67 Bảng 4.2: Độ cố kết đạt tùy thuộc vào nhân tố Tv; Uv=f (T) 72 Bảng 4.3: Ứng suất tác động lên đường với chiều cao đắp 4.0m 77 Bảng 4.4: Ứng suất tác động lên đường với chiều cao đắp 4.5m 79 Bảng 4.5: Ứng suất tác động lên đường với chiều cao đắp 5.0m 81 Bảng 4.6: Quan hệ chiều cao đất đắp độ lún tương đương 82 Bảng 4.7: Bảng thông số kỹ thuật loại bấc thấm Mebradrain 86 Bảng 4.8: Các tính chất học bấc thấm Mebradrain 87 Bảng 4.9: Thiết bị chuẩn bị thi công 94 Bảng 4.10: Thiết bị thi công tầng đệm cát 95 DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc kiểu I 37 Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc kiểu II 38 Hình 3.3: Sơ đồ cấu trúc kiểu III 38 Hình 3.4: Mặt cắt tính tốn Km + 000 40 Hình 3.5: Mặt cắt tính tốn Km + 747 40 Hình 3.6 : Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng đất yếu 41 Hình 3.7: Sơ đồ chi tiết đường đắp phục vụ tính biến dạng lún tức thời 43 Hình 3.8: Sơ đồ ứng suất tâm móng cấu trúc kiểu I 48 Hình 3.9: Sơ đồ phá hoại đường có đáy rộng 53 Hình 3.10: Toán đồ J.Mandel (TCXD 245-2000) 55 Hình 3.11: Sơ đồ tính tốn ổn định theo phương pháp phân mảnh cổ điển 57 Hình 4.1: Nguyên tắc thiết kế cấu tạo xử lý đất yếu bấc thấm 61 Hình 4.2: Cấu tạo bấc thấm 63 Hình 4.3 : Sơ đồ mặt cắt ngang bấc thấm 70 Hình 4.4 : Sơ đồ bố trí bấc thấm mạng hình vng 71 Hình 4.5: Sơ đồ bố trí bấc thấm theo mạng tam giác 71 Hình 4.6 : Sơ đồ biểu thị tăng thêm sức chống cắt đất 74 Hình 4.7: Biểu đồ xác định chiều cao phòng lún 83 Hình 4.8 Biểu đồ phân kỳ thi cơng 92 Hình 4.9: Mơ hình mặt bố trí thiết bị quan trắc địa kỹ thuật 97 Hình 4.10: Cấu tạo thiết bị đo lún 98 Hình 4.11: Cấu tạo thiết bị đo chuyển vị ngang 99 MỞ ĐẦU I TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ị tµi Đường cao tốc Hà Nội - Thái Ngun hay gọi Quốc lộ tuyến cao tốc xây dựng theo quy hoạch miền Bắc Việt Nam Tuyến đường thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng khởi công vào ngày 24 tháng 11 năm 2009 Tuyến đường qua địa bàn ba tỉnh thành Hà Nội, Thái Nguyên đoạn ngắn địa bàn tỉnh Bắc Ninh Đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên có mặt đường rộng 34,5m dài 61km Theo thiết kế, điểm đầu tuyến đường cao tốc km 152+400 quốc lộ 1A (thuộc xã Ninh Hiệp, Gia Lâm, Hà Nội) giao với quốc lộ 18 địa bàn huyện Yên Phong (Bắc Ninh) song song với đường sắt, quốc lộ phía đơng nối với thành phố Thái Ngun km 61+300 Trên tuyến có nút giao thơng, có nút giao khác mức 29 cầu (có 17 cầu lớn) Khi hồn thành, đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên giảm tải cho Quốc lộ cũ Tuyến đường có ý nghĩa lớn để phát triển kinh tế cho tỉnh vùng núi phía bắc, đặc biệt tỉnh Cao Bằng, Bắc Kạn, Thái Nguyên Trên tuyến đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên thường gặp loại đất yếu có thành phần tính chất khác Hầu hết chúng phân bố bề mặt, có bề dày biến đổi tương đối lớn, gây nhiều khó khăn cho công tác xây dựng Việc nghiên cứu, đánh giá lựa chọn giải pháp xử lý đất yếu vùng khu vực cần thiết Điều giúp cho công tác lựa chọn giải pháp xử lý cơng trình xây dựng dễ dàng, hiệu tiết kiệm chi phí Do vậy, đề tài “ Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc đất yếu tuyến đường cao tốc Hà Nội Thái Nguyên đề xuất giải pháp xử lý thích hợp.” mang tính cấp thiết có nhiều ý nghĩa thực tiễn II Mục đích đề tài Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc đất yếu đề xuất giải pháp xử lý thích hợp với đặc điểm loại cấu trúc tuyến đường cao tốc Hà Nội Thái Nguyên, phục vụ cho cơng tác xây dựng cơng trình III Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: đất yếu - Phạm vi phân bố: dọc tuyến đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên IV Nhiệm vụ nghiên cứu Làm sáng tỏ: - Phạm vi phân bố khu vực đất yếu - Đánh giá đặc điểm Địa chất cơng trình đoạn tuyến đất yếu - Phân loại đưa kiểu cấu trúc đất yếu điển hình, làm sở phân vùng đất yếu khu vực - Nghiên cứu, đánh giá lựa chọn giải pháp xử lý thích hợp cấu trúc đất yếu điển hình phục vụ cho cơng tác thi cơng xây dựng cơng trình V Nội dung nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu đất yếu cấu trúc đất yếu - Đặc điểm địa lý tự nhiên dọc tuyến - Đặc điểm phạm vi phân bố tầng đất yếu mà tuyến qua - Đặc điểm tính chất ĐCCT địa tầng đất yếu dọc tuyến - Nghiên cứu đưa địa tầng đất yếu tương đồng điển hình khu vực phạm vi nghiên cứu - Phân loại cấu trúc đất yếu đánh giá đặc điểm xây dựng chúng - Nghiên cứu, tính tốn xử lý cấu trúc đất yếu nhiều phương pháp, từ đưa phương pháp hợp lý với địa tầng điển hình VI Phương pháp nghiên cứu Bao gồm: - Phương pháp thu thập hệ thống tài liệu: thu thập, hệ thống tài liệu dạng, hình thức khác (văn bản, báo cáo, đồ,…) - Phương pháp địa chất: lấy mẫu, mơ tả ngồi trời,… - Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm xác định thành phần khoáng vật, hoá học, tiêu lý,… - Phương pháp tính tốn xử lý tổng hợp số liệu: tính tốn sở công thức lý thuyết, ứng dụng phần mềm chun dụng, tổng hợp kết tính tốn rút kết luận VII Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Kết nghiên cứu tài liệu để đánh giá, tính chất xây dựng đất yếu dọc tuyến đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên; - Lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp với đặc điểm cấu trúc đất yếu, đảm bảo cho cơng trình đạt hiệu kinh tế, kỹ thuật - Có khả áp dụng phương pháp xử lý hợp lý với cơng trình dân dụng, công nghiệp giao thông thi công khu vực sau này, giúp chủ đầu tư tiết kiệm phần chi phí thiết kế lựa chọn giải pháp xử lý - Góp phần vào làm phong phú thêm tài liệu địa chất cơng trình khu vực VIII Cơ sở tài liệu luận văn - Các đồ địa chất, địa mạo khu vực phía bắc; - Các tài liệu nghiên cứu khảo sát địa chất cơng trình Dự án đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên - Tài liệu tự thực IX Cấu trúc luận văn Mở đầu Chương I: Tổng quan nghiên cứu đất yếu, cấu trúc đất yếu phương pháp xử lý đất yếu Chương II: Đặc điểm địa lý tự nhiên, địa chất địa chất thủy văn tuyến đường Chương III: Đặc điểm địa chất cơng trình phân vùng cấu trúc đất yếu đoạn tuyến Chương IV: Đề xuất giải pháp xử lý Kết luận Luận văn hồn thành Bộ mơn Địa chất cơng trình, trường Đại học Mỏ - Địa chất hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Trọng Thắng Để luận văn hồn thành cách nhanh chóng, xác nhất, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Trọng Thắng tận tình hướng dẫn suốt trình từ lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp giúp đỡ, có ý kiến đóng góp q báu thời gian hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy Bộ mơn Địa chất cơng trình, phịng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Mỏ - Địa chất giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn 92 T = 120 + 165 +210+ 45 = 540 (ngày) Biểu đồ phân kỳ thi công cho việc xử lý bấc thấm biểu diễn hình 8.1 Chiều cao đắp (m) 210 ngày 165 ngày 4,44m 120 ngày 3,71m 3,04m 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Thời gian thi cơng (ngày) Hình 4.8 Biểu đồ phân kỳ thi cơng 4.3 TỔ CHỨC THI CƠNG, QUAN TRẮC ĐỊA KỸ THUẬT 4.3.1 Tổ chức thi công 4.3.1.1 Công tác chuẩn bị Trước thi công cần chuẩn bị: Cắm lưới đo đạc định vị cơng trình: Các mốc chuẩn định vị cơng trình làm bê tơng, đặt vị trí chắn, ổn định khơng nằm khu vực thi công rào chắn bảo vệ Từ mốc chuẩn cơng trình, đơn vị thi công dẫn mốc gửi đoạn thi công Các mốc gửi làm cọc gỗ 60x60x700 mm đóng sâu vào đất, xung quanh có gạch định vị, bảo vệ chắn Trong trình thi cơng thường xun kiểm tra độ xác ổn định mốc gửi Xác định vị trí cơng trình mặt thi cơng tiến hành theo trình tự: - Xác định đường trục cơng trình (đóng định vị trục cơng trình, 20 – 50 m/mốc) Các cọc định vị làm gỗ 40x40x500 mm, đỉnh cọc có đinh định vị - Sau lấy đường trục làm chuẩn đo vng góc hai phía để xác định hình dạng khối đào đắp Căn vào vẽ thiết kế, tiến hành cắm mốc gửi 93 - Các mốc gửi giữ suốt q trình thi cơng, hồn cơng bàn giao cơng trình - Các mốc chuẩn cơng trình giữ lại để theo dõi đánh giá biến dạng cho cơng trình q trình vận hành Bố trí cơng trình phụ trợ, lắp đặt hệ thống điện cấp thoát nước Hệ thống xây dựng tập trung gần tuyến đường thi công cho thuận tiện đảm bảo an tồn q trình thi cơng cơng trình Tập kết nguyên vật liệu thiết bị thi công Các kho bãi vật liệu xây dựng hợp lý để tạo điều kiện thuận lợi cho trình thi cơng Vật liệu cho q trình thi cơng xử lý đường phải đảm bảo yêu cầu sau: + Cát dùng làm tầng cát đệm: - Là cát hạt trung, có hàm lượng hạt > 0,25mm chiếm > 50% - Hàm lượng hạt < 0,08m chiếm 5% - Hàm lượng hữu < 5% - Thoả mãn hai điều kiện sau: D60/D10 > < (D30)2/D10.D60 1kN/bấc - Độ dãn dài vỏ/lõi 45% - Khả thoát nước 210.10-6 m3/s 94 - Khả nước có lực 350 kN/m2: ≥ 60 10-6m3/s - Độ thấm vỏ lọc 0.23s-1 - Hệ số thấm vỏ lọc > 1×10-4 m/s - Kích thước vỏ lọc: < 0,075 mm 4.3.1.2 Biện pháp thi công: Các công tác thi công xử lý đoạn tuyến đường bao gồm: - Chuẩn bị mặt thi công: Đào bỏ lớp đất KQ đến cao độ 1,15m cách mặt đất xúc, vận chuyển đất bãi thải; - Thi công rải lớp vải địa kỹ thuật; - Thi công tầng đệm cát cát hạt trung - Thi công bấc thấm; - Thi công đắp đường đến cao độ thi công; Công tác thi công bấc thấm tiến hành với nửa bề rộng đường, sau thi cơng xong nửa mặt đường (thi công xong tầng đệm cát), tiến hành thi công bấc thấm với đoạn đường lại a Chuẩn bị mặt thi công Bảng 4.9 Thiết bị chuẩn bị thi công: TT Tên thiết bị ĐVT Số lượng Máy đào gầu ngược bánh xích, tích gầu ≤ 1m3 Cái Ơ tơ tự đổ Cái Máy toàn đạc điện tử Bộ Máy kinh vĩ Bộ Xe téc nước Bộ Thi cơng đào đất hố móng: Lớp đất bóc đất cấp 2, theo thiết kế, chiều sâu đất cần bóc bỏ 1,15m Tiến hành đào trực tiếp dùng ô tô vận chuyển đất ngồi bãi thải Sau thi cơng xong, tiến hành kiểm tra nghiệm thu cao độ mặt (bằng máy thuỷ bình), hướng tuyến (bằng máy kinh vĩ) a.1 Rải vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật rải nhân cơng u cầu q trình thi công: 95 - Mối nối chồng lên nhỏ 50 cm, khâu 30 mm - Rải vải địa kỹ thuật cho không làm rách vải - Lắp đặt thiết bị đo lún a.2 Thi công tầng đệm cát Bảng 4.10 Thiết bị thi công tầng đệm cát: TT Tên thiết bị Đơn vị tính Số lượng Máy kinh vĩ Bộ Máy toàn đạc điện tử Bộ Xe téc nước Bộ Xe téc chở dầu Bộ Máy san Cái Máy lu Cái Ơ tơ tự đổ Cái - Dùng ô tô vận chuyển vật liệu từ mỏ tập kết đến vị trí thi cơng chất thành đống - Lớp cát tiến hành cẩn thận để tránh rách vải địa kỹ thuật, đắp từ 30 – 50 cm Các lớp khác đắp với chiều dày không 20cm, đắp đến cao độ 1,0m - Thi công tầng đệm cát với lu, rung tưới nước để đạt đến độ chặt thiết kế - Kiểm tra độ chặt nền, cao độ lớp đắp, kích thước hình học lớp đắp hướng tuyến a.3 Thi công bấc thấm Sau thi công lớp đệm cát, tiến hành cắm bấc thấm Thiết bị cắm bấc thấm có đặc trưng kỹ thuật sau: - Trục tâm để lắp bấc thấm có tiết diện 60mm x 120mm, dọc trục có vạch chia đến cm để theo dõi chiều sâu cắm bấc thấm phải có rọi để thường xuyên kiểm tra độ thẳng đứng cắm - Máy phải có Lực đủ lớn để cắm bấc thấm đến chiều sâu thiết kế - Thiết kế trước hồ sơ di chuyền làm việc máy cắm bấc thấm mặt đệm cát theo nguyên tắc 96 - Khi di chuyển, máy không đè lên đầu bấc thấm thi công - Hành trình di chuyển máy - Trước thi cơng thức, đơn vị thi cơng phải tổ chức thi cơng thí điểm phạm vi đủ để máy di chuyến đến lần thực thao tác cắm bấc thấm - Việc thi cơng phải có chứng kiến Tư vấn giám sát q trình thí điểm phải có theo dõi, kiểm tra thao tác thi cơng mức độ xác việc cắm bấc thấm (độ thẳng đứng, vị trí đảm bảo độ sâu) - Thi cơng thí điểm đạt u cầu cho thi cơng thức * Trình tự thi công cắm bấc thấm sau: - Định điểm phải cắm bấc thấm máy đo đạc với đồ án thiết kế, đánh dấu vị trí định vị, cơng việc cần làm cho ca máy - Đưa máy cắm bấc thấm vào vị trí theo hành trình vạch trước, xác định vạch xuất phát trục tâm để tính chiều dài bấc thấm cắm vào đất, kiểm tra trục thẳng đứng trục tâm dây rọi thiết bị lắc giá máy ép - Lắp bấc thấm vào trục tâm điều khiến máy đưa trục tâm đến vị trí cần cắm bấc thấm - Gắn đầu neo vào đầu bấc thấm với chiều dài bấc thấm gập lại tối thiểu 30cm gim gim thép Các đầu neo phải có kích thước phù hợp với bấc thấm Kích thước cảu đầu neo thường 85x150mm tôn dày 0,5mm - Cắm trục tâm lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế Sau cắm bấc thấm xong kéo trục tâm lên (lúc đầu neo giữ bấc thấm lại lòng đất) Khi trục tâm kéo lên hết, dùng kéo cắt đứt đầu bấc thấm, cho lại 20cm đầu bấc thấm nho lên lớp đệm cát trình bắt đầu lại từ đầu với vị trí cắm * Yêu cầu chất lượng thi công cắm bấc thấm sau: - Vị trí cắm khơng sai so với thiết kế 15cm - Bấc thấm phải cắm thẳng đứng, không lệch 5cm so với chiều thẳng đứng 97 - Chiều dài bấc thấm không sai so với chiều dài thiết kế 1% - Đầu bấc thấm nhô lên mặt đệm cát tối thiểu 20cm, tối đa 25cm - Khi thi công gặp điều kiện bất bình thường phải báo cáo xin ý kiến tư vấn giải - Vẽ sơ sồ ghi chép lần cắm bấc thấm vị trí, chiều sâu, thời điểm thi cơng cố xảy - Sau cắm bấc thấm xong phải dọn dẹp mảnh vụn rơi vãi, tiến hành đắp lớp cát phủ kín đầu bấc thấm a.4 Thi công đường đắp - Trước thi công đường đắp phải tiến hành đặt thiết bị quan trắc như: Thiết bị đo lún đặt lớp đệm cát, cọc mốc quan trắc chuyển vị ngang bên chân taluy, áp lực kế đo áp lực nước lỗ rỗng vào đát yếu theo quy trình thiết kế quy đinh - Tiến hành đắp đường theo giai đoạn thiết kế, cần tuân thủ thời gian tải trọng giai đoạn 4.3.1.2 Công tác quan trắc địa kỹ thuật: Hình 4.9: Mơ hình mặt bố trí thiết bị quan trắc địa kỹ thuật Khi sử dụng bấc thấm phải có hệ thống quan trắc để kiểm tra dự báo thiết kế điểu chỉnh bổ sung cần thiết Công tác quan trắc để đánh giá chất lượng cố kết đất bao gồm: - Quan trắc đo lún - Đo chuyển vị ngang 98 - Đo áp lực nước lỗ rỗng a Quan trắc lún a.1 Mục Đích - Xác định độ lún trực tiếp bề mặt đường sau thi công, từ xác định khối lượng đất đắp phù hợp - Xác định mức độ sai lệch độ lún so với thiết kế, độ sai lệch vượt giới hạn cho phép cơng trình cần phải có biện pháp xử lý phù hợp - Kết đo lún dùng để kiểm tra lại giá trị tính tốn q trình thiết kế cơng trình a.2 Nội dung quan trắc - Xây dựng mốc quan trắc phải có 03 mốc chuẩn cho cơng trình Các mốc chôn đất gắn tưởng công trình kiên cố xây dựng từ lâu Các mốc tiến hành xây dựng phần chuẩn bị công tác tổ chức thi công - Xây dựng mốc lún lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách đất yếu đệm cát N¾p èng PVC, D150 Mối nối ống PVC Mối nối cần thép Thân đắp Cần thép, D50 Đệm cát hạt trung Mối hàn Đệm cát đen Cao độ đào đất KTH Bản thÐp Hình 4.10: Cấu tạo thiết bị đo lún 99 Chiều dài ống nhựa phải cao mặt đường đắp 20cm, mốc phải phản ánh độ lún tác dụng tải trọng đắp, không bị phá hủy q trình thi cơng - Tiến hành quan trắc lún theo chu kỳ - Xử lý kết đo - Lập báo cáo công việc a.3 Thiết kế mạng lưới quan trắc Theo tiêu chuẩn TCXD 245 - 2000, thiết kế mạng lưới quan trắc lún sau: - Tại mặt cắt ngang tuyến đường bố trí 03 thiết bị đo lún đặt vị trí tim tuyến hai vai đường - Trên tồn tuyến bố trí 100m/một mặt cắt ngang đo lún, trùng với vị trí bố trí thí nghiệm quan trắc áp lực nước lỗ rỗng quan trắc chuyển vị ngang a.4 Phương pháp tiến hành quan trắc - Sử dụng máy thủy chuẩn Ni - 004 máy Ni - 007 mia Invar để quan trắc - Quan trắc tiến hành theo chu kỳ - Sau xây dựng xong mốc lún, tiến hành đo cao độ mốc lún (chu kỳ 0) - Tiến hành đo với tần suất ngày/lần với lần gia tải đắp theo giai đoạn - Sau hoàn thành đưa vào sử dụng, tiến hành đo lún với tần suất tuần/lần 02 tháng đầu (công việc điều chỉnh trình thực tế thi công) hết thời gian bảo hành bàn giao b Quan trắc chuyển vị ngang §inh Cọc gỗ 100x100 Hoặc D100 Hỡnh 4.11: Cu to thit bị đo chuyển vị ngang 100 a.1 Mục đích - Quan trắc chuyển vị ngang nhằm xác định khả ổn định trượt nền, từ có biện pháp xử lý thích hợp q trình thi cơng a.2 Nội dung - Xây dựng mốc chuẩn để quan trắc - Tiến hành quan trắc - Xử lý kết đo - Lập báo cáo Mốc quan trắc chuyển vị ngang làm gỗ tiết diện 10x10cm, đầu có đinh mũ a.3 Thiết kế mạng lưới quan trắc chuyển vị ngang Theo tiêu chuẩn TCXD 245 - 2000, thiết kế mạng lưới sau: - Mỗi mặt cắt ngang tuyến đường bố trí 06 mốc đo, bên 03 mốc, mốc cách 5m, mốc thứ cách taluy 2m, mốc đóng sâu vào đất 1m cao mặt đất 2m - Bố trí 100m có mặt cát ngang đo chuyển vị ngang, trùng với mặt cắt bố trí quan trắc lún đo áp lực nước lỗ rỗng a.4 Phương pháp tiến hành quan trắc - Dùng mốc chuẩn, máy kinh vĩ mia để theo dõi phát triển chuyển vị ngang theo thời gian - Trong trình đắp nền, ngày đo chuyển vị ngang lần, ngày kiểm tra cao độ đỉnh cọc lần xem đất yếu có bị đẩy trồi không - Quan trắc theo chu kỳ tuần/lần sau ngừng đắp tháng, tháng/lần hết thời gian bảo hành bàn giao c Đo áp lực nước lỗ rỗng a.1 Mục đích Áp lực nước lỗ rỗng tăng làm giảm sức chống cắt đất dẫn đến cơng trình bị phá hoại, đồng thời áp lực nước lỗ rỗng phản ánh độ cố kết Do đó, việc đo áp lực nước lỗ rỗng nhằm xác định độ lún theo thời gian 101 tác dụng tải trọng trọng q trình thi cơng, từ có biện pháp xử lý kịp thời độ lún cơng trình vượt q quy định a.2 Nội dung - Xác định vị trí đo áp lực nước lỗ rỗng + Thiết bị đo má LPC thủy lực, đo thời điểm khác nhau, loại cho phép đọc mực nước ống áp suất Máy gồm phận: Ống Piezometer: ống đồng nối với buồng trung tâm đồng có đục lỗ nhỏ Ống có đường kính 42mm, chiều dài 310mm, phần thấm có chiều dài 225mm, nối với phần ống: + Một ống có đường kính 4mm để truyền áp suất lên bảng đo + Một ống đo áp lực lỗ rỗng Bảng đo Nguyên lý đo máy LPC tương tự đo máy nén trục Bao gồm ống thủy ngân, phận kiểm tra áp lực, đồng hồ Nanomet, bình nước Áp lực ống đo giữ cân nhờ ống pittong, vặn pittong để số cột thủy ngân điểm 0, có số đọc đồng hồ P Áp lực nước lỗ rỗng tính sau: U = P + HM.γN (4.28) Trong đó: HM - Mực nước ống đo γN - Khối lượng thể tích nước Nếu chiều cao HW chiều cao lớp nước hố đo áp lực nước lỗ rỗng thực tế là: UTT = P + HM.γN- HW.γN (4.29) - Tiến hành đo áp lực nước lỗ rỗng, ghi kết quả, xử lý số liệu lập báo cáo a.3 Thiết kế mạng lưới quan trắc Theo tiêu chuẩn TCXD 245 - 2000, Thiết kế mạng lưới sau: - Tại trắc ngang tuyến đường, bố trí vị trí đo áp lực nước lỗ rỗng độ sâu khác nhau: đỉnh lớp đất yếu, lớp cuối chiều sâu bấc thấm 102 - Bố trí 100m có vị trí mặt cắt đo áp lực nước lỗ rỗng trùng với mặt cắt bố trí điểm quan trắc lún đo chuyển vị ngang a.4 Phương pháp tiến hành - Lắp đặt thiết bị đo - Đo áp lực nước lỗ rỗng theo chu kỳ ngày/lần trình đắp nền, tuần/lần sau ngừng đắp tháng, tháng/lần hết thời gian bảo hành bàn giao Một số vấn đề cần ý thi công quan trắc địa kỹ thuật - Chú ý tới trình tự thi công hạng mục xử lý - Thi công theo tốc độ đắp, trình tự thời gian theo biểu phân bì thi cơng đoạn bấc thấm, tốc độ đắp không vượt 10cm/ngày - Chất lượng vải địa kỹ thuật bấc thấm phải kiểm tra, thí nghiệm đạt yêu cầu kỹ thuật đề trước sử dụng - Sau đặt bàn quan trắc lún đóng cọc quan trắc chuyển vị ngang phải tiến hành quan trắc để điểu chỉnh tiến độ thi cơng - Trong q trình thi công, không tập kết vật liệu thành đống lớn, không tập trung nhiều xe nơi cần xử lý - Trong thời gian nghỉ chờ đất cố kết cần hạn chế loại xe có tải trọng nặng lại đắp - Dựa vào kết quan trắc lún để tính tốn độ lún dư, độ cố kết định thời gian cho phép dỡ tải để thi công mặt đường đồng thời làm xác định khối lượng đắp bù lún 103 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: Trên toàn tuyến đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên có đoạn đường đất yếu có tham gia lớp bùn sét (2) đoạn từ Km + 000 đến Km 13 + 420 Trên đoạn tuyến đất yếu chia kiểu cấu trúc đất yếu, cụ thể sau: - Kiểu I: đất có xuất lớp Sét trạng thái chảy (2) nằm lớp đất lấp (1), nằm lớp sét pha dẻo mềm (4) lớp cát, trạng thái chặt vừa (6) - Kiểu II: đất khơng có xuất lớp bùn sét (2) xuất lớp sét pha trạng thái dẻo mềm (4) nằm lớp đất lấp (1) nằm lớp cát trạng thái chặt vừa - Kiểu III: Xuất lớp sét pha dẻo cứng (5) nằm lớp đất san lấp nằm lớp cát trạng thái chặt vừa (6) Tùy vào điều kiện cấu trúc nền, đề xuất giải pháp xử lý kiểu cấu trúc sau: + Ứng với cấu trúc đất yếu kiểu I, đất yếu đoạn tuyến có bề dày tương đối lớn, phân bố tập trung gần bề mặt, chiều sâu ảnh hưởng tải trọng đắp độ lún tương đối lớn, thời gian chờ cố kết dài, có khả ổn định lún trồi trượt cục Đề xuất giải pháp xử lý bấc thấm kết hợp với đắp đường theo giai đoạn để đảm bảo độ ổn định tăng nhanh trình cố kết Ngồi cần bóc bỏ phần hoàn toàn lớp đất san lấp (1) để nâng cao tính đồng + Ứng với cấu trúc kiểu II, kiểu III, thời gian ổn định khơng lâu, độ lún khơng lớn, khơng có khả ổn định lún trồi trượt cục bộ, nhiên cần phải xử lý vấn đề thiếu đồng Do cần phải bóc bỏ hoàn toàn phần lớp đất san lấp (1) 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Trọng Thắng (1995), Nghiên cứu kiểu cấu trúc đất yếu khu vực Hà Nội đánh giá khả sử dụng chúng xây dựng, Luận án Phó Tiến sĩ Khoa học địa lý - địa chất Hà Nội Tạ Đức Thịnh, Bài viết tổng quan đất yếu phương pháp xử lý đất yếu Việt Nam Bộ Giáo dục Đào tạo 22 TCN 262-2000: Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu - Tiêu chuẩn thiết kế Nhà xuất Giao thông vận tải Một số tài liệu tham khảo khác: Các tiêu chuẩn ngành: TCXD VN245 - 2000; Các tiêu chuẩn phân loại đất ASTM; Terzagi Peck; F.P.Xavarensky, N.V Kolomendky; E.M Xergeep; GOXT - 25100 - 95 Nguyễn Thanh (1984), ”Giải pháp móng khơng phù hợp cấu trúc địa chất đất yếu nguyên nhân chủ yếu gây biến dạng cơng trình xây dựng lãnh thổ đồng Việt Nam”, Tài liệu Hội nghị khoa học toàn quốc Địa kĩ thuật lần thứ 11, Hà Nội Nguyễn Huy Phương (1991), “Đánh giá tượng biến dạng cơng trình xây dựng đất yếu Hà Nội với giải pháp thiết kế móng nơng” Tuyển tập cơng trình khoa học Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội Lê Trọng Thắng (1991), “Một số dạng cấu trúc đất yếu khu vực Hà Nội ngun nhân gây biến dạng cơng trình liên quan với chúng” Tuyển tập cơng trình khoa học Đại học Mỏ địa chất - Hà Nội Phạm Văn Tỵ (1991), “Sự biến đổi tính chất lý đất đá Việt Nam mối quan hệ với mức độ thành đá biến chất chúng” Tuyển tập cơng trình khoa học, tập XVII Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội Vũ Cao Minh, Nguyễn Quốc Thắng, Trần Tư (1984) “Cơ sở mơ hình hố địa học Địa chất - Địa kĩ thuật” Tài liệu Hội nghị Khoa học toàn quốc Địa kĩ thuật lần thứ 11, Hà Nội 10 Viện xây dựng cơng nghiệp (1984) “Lún ảnh hưởng cơng trình xây dựng vùng đất yếu” Tài liệu Hội nghị khoa học toàn quốc Địa kỹ thuật lần thứ 11, Hà Nội 105 11 Lê Huy Hoàng (1984), Điều kiện địa chất cơng trình đồng Bắc Việt Nam, Tóm tắt luận án PTS Khoa học Địa lý - Địa chất, Hà Nội 12 Lê Văn Nãi (1998), Môi trường xây dựng bản, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 13 Chỉ dẫn thiết kế nhà cơng trình, Nhà xuất xây dựng Hà Nội, 1980 14 Nguyễn Huy Phương (1991) “Đánh giá tượng biến dạng cơng trình xây dựng đất yếu Hà Nội với giải pháp thiết kế móng nơng” Tuyển tập cơng trình khoa học Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội 15 Hồng Văn Tân, Trần Đình Ngơ, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải (1973), Những phương pháp xây dựng cơng trình đất yếu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 16 Lê Trọng Thắng (1993) “Phân tích nguyên nhân biến dạng cơng trình liên quan đến số dạng cấu trúc đất yếu chủ yếu khu vực Hà Nội” Tuyển tập cơng trình khoa học Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội 17 Lê Đức Thắng, Bùi An Định, Phan Trường Phiệt (1993), Nền móng, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 18 Laréal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương,Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực (2001), Nền đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 19 Nguyễn Thanh (1984) “Về việc phân loại thành lập đồ cấu trúc cơng trình xây dựng Việt Nam” Tài liệu Hội nghị khoa học toàn quốc Địa kĩ thuật lần thứ 11, Hà Nội 20 Phạm Văn Tỵ (1994) “Bảo vệ môi trường địa chất Hà Nội” Báo cáo khoa học Hội nghị khoa học lần thứ 11 Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội 21 Phạm Văn Tỵ (1994) “Đánh giá đặc điểm cấu trúc địa chất tầng phủ khu vực thành phố Hà Nội theo quan điểm bảo vệ môi trường địa chất” Báo cáo khoa học Hội nghị khoa học lần thứ 11 Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội 22 Tạ Hồng Quân (1993), Tính chất cố kết đất yếu Hà Nội, Tuyển tập cơng trình khoa học kỹ thuật 1984 - 1993, Viện Khoa học kỹ thuật xây dựng, Hà Nội 106 23 Lê Trọng Thắng (1995) Phân chia thể địa chất khu vực Hà Nội kết chỉnh lý tài liệu xuyên tĩnh chúng máy xuyên Gouda 24 Lê Trọng Thắng (1995) "Ảnh hưởng thời gian nén đến kết thí nghiệm xác định hệ số nén lún số loại đất yếu Hà Nội" 25 Bergado D.T., Chai J.C., Alfaro M.C., Balasubramanian A.S., (1994), Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 26 Lomtadze.V.D, (1978), Địa chất cơng trình - Thạch luận cơng trình (bản dịch), Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp - Hà Nội 27 Morareskul N.N (1981), Nền móng đất than bùn (bản dịch), Nhà xuất Xây dựng - Hà Nội 28 Theo thống kê hiệp hội CDM (Nhật Bản) 29 Ximaghin B.G Konovalov P.A, (1982), Biến dạng nhà (bản dịch) Nhà xuất Xây dựng - Hà Nội, ... “ Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc đất yếu tuyến đường cao tốc Hà Nội Thái Nguyên đề xuất giải pháp xử lý thích hợp. ” mang tính cấp thiết có nhiều ý nghĩa thực tiễn II Mục đích đề tài Nghiên cứu đặc. .. đặc điểm cấu trúc đất yếu đề xuất giải pháp xử lý thích hợp với đặc điểm loại cấu trúc tuyến đường cao tốc Hà Nội Thái Nguyên, phục vụ cho công tác xây dựng cơng trình 7 III Đối tượng phạm vi nghiên. .. cơng trình V Nội dung nghiên cứu - Tổng quan nghiên cứu đất yếu cấu trúc đất yếu - Đặc điểm địa lý tự nhiên dọc tuyến - Đặc điểm phạm vi phân bố tầng đất yếu mà tuyến qua - Đặc điểm tính chất