Giải pháp thiết kế nâng cao ổn định nền mặt đường cho dự án nâng cấp mở rộng quốc lộ 38B đoạn km48+575 – km56+475, tỉnh Hà Nam
MỤC LỤC
Các phương pháp xử lý nền đất yếu tiên tiến hiện nay 1. Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước
Nước lỗ rỗng trong đất bị nén ép bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thoát hướng về giếng cát, từ các giếng cát nước lỗ rỗng này theo môi trường cát trong giếng (có tính thấm tốt) thoát về phía đệm cát, đệm cát dẫn nước thoát ngang và tiêu tán ra ngoài. Nguyên lý của phương pháp này là tạo ra một áp suất hút chân không tác động trực tiếp vào khối đất làm giảm áp lực nước lỗ rỗng (hút nước ra), dẫn đến tăng ứng suất hữu hiệu trong nền đất trong khi ứng suất tổng không thay đổi, từđó làm tăng quá trình cố kết của nền đất.
Các giải pháp gia cường đất yếu tiên tiến hiện nay
Tuy nhiên giá thành xử lý chiếm tỷ trọng đáng kể trong xây dựng nên phương pháp này thường được lựa chọn cho những công trình quan trọng và cần thiết như sân bay, bãi chứa có tải trọng lớn. Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa nền đất yếu và nền đắp (hình1.9), ma sát giữa đất đắp và mặt trên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo ra lực giữ khối trượt F và nhờđó mức độổn định của nền đắp trên nền đất yếu tăng lên.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DỰ ÁNNÂNG CẤP MỞ RỘNG QL38B ĐOẠN KM48+575 -:- KM56+475, TỈNH HÀ NAM
Một số đặc điểm của tuyến đường
Dự án là đường nâng cấp cải tạo do vậyđể đảm bảo tận dụng kết cấu mặt đường cũ thì chiều cao thiết kế được tính toán thiết kế sao cho tận dụng được kết cấu cũ tối đa dẫn đến chiều cao đắp nền thấp, những đoạn này có độ lún dư nhỏ do vậy đảm bảo về ổn định tổng thể và độ lún dư theo quy định. Tuyến đi qua khu vực có chiều dày đất yếu 15-20m ( Tổng bề dày các lớp đất có trạng thái từ dẻo mềm đến bùn) phân bố ngay trên bề mặt địa hình và chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng nền đường. Để đảm bảo ổn định tổng thể của nền mặt đường và công trình (đảm bảo độ lún cố kết cho phép còn lại tại trục tim của nền đường sau khi thi công xong kết cấu áo đường thỏa mãn được các giá trị cho phép theo 22TCN262-2000) cần phải xử lý trước khi thi công các hạng mục khác.
CÁC GIẢI PHÁP XỬ Lí NỀN ĐẤT YẾU Cể THỂ ÁP DỤNG CHO DỰ ÁN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
Điều kiện địa chất công trình 1. Địa hình, địa mạo
Các số liệu khảo sát địa chất công trình trình bày trong báo cáo này đủ để phục vụ cho thiết kế xây dựng đường trên nền đất yếu, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật nêu ra trong đề cương khảo sát. Kết quả khảo sát khẳng định khu vực tuyến khảo sát đi qua có điều kiện địa tầng nhìn chung không thuận lợi cho xây dựng công trình giao thông, đất nền bao gồm các lớp đất yếu đến các lớp có sức chịu tải trung bình, các lớp có sức chịu tải tốt lại nằm sâu;. Các chỉ tiêu đưa vào tính toán được thống kê lựa chọn theo, thí nghiệm nén ba trục trong phòng theo các sơ đồ (UU, CU) và thí nghiệm trong phòng khác.
Các yêu cầu kỹ thuật 1. Yêu cầu về chất lượng
(Bảng 1.1: Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ∆S tại trụ tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình):. Chiều dài đoạn nền đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng mố cầu liền kề bên. Chiều dài đoạn nền đường đắp có cống hoặc cống chui qua đường được xác định bằng 3-5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng lối đi qua đường. Kiểm toán ổn định trượt. Riêng đối với những đoạn được thi công theo phương pháp đắp theo giai đoạn, hệ số Kmin ≥1.2. 1) Ứng suất do tải trọng nền đường gây ra:. Ứng suất thẳng đứng do tải trọng nền đường gây ra được tính theo công thức OSTERBERG như sau: σZ = Iq*q. σZ - ứng suất thẳng đứng tại độ sâu Z. Iq- Hệ số ảnh hưởng tra theo toán đồ OSTERBERG 2) Lún cố kết. Trường hợp không có đường thấm đứng, hệ số thời gian (Tv) sẽ được tính toán theo công thức (3-6) như sau:. t: Thời gian lún,. H: Chiều dài đường thấm, Tv: Hệ số thời gian,. Trong trường hợp có đường thấm đứng như là Bấc thấm, Giếng cát, v.v. được bố trí để xử lý nền đất yếu, độ cố kết sẽ được xác định bằng biểu thức Carrillo:. Uv: Thành phần cố kết thẳng đứng được tính như đề cập trên,. Uh: Thành phần cố kết ngang được tính bằng kiến nghị Hansbo như sau:. cho dạng hình tam giác),. Trong quỏ trỡnh thi cụng thực tế, phải luụn xem xột kết quả theo dừi hệ thống quan trắc, so sánh nó với các yêu cầu khống chế về ổn định và biến dạng theo quy trình quy định để kịp thời điều chỉnh lại tốc độ đắp nếu cần thiết đồng thời có thể điều chỉnh cả giải pháp thiết kế theo hướng có lợi hơn về kinh tế - kỹ thuật so với thiết kế ban đầu.
Các vấn đề về địa kỹ thuật, kết quả tính toán và ổn định tổng thể khi chưa có biện pháp xử lý
Đối với mỗi phương pháp đề xuất lại tiến hành tính toán đánh giá về ổn định và lún rồi thông qua tính toán, phân tích so sánh về kinh tế - kỹ thuật một cách toàn diện để lựa chọn giải pháp áp dụng. Đặc biệt là phải dựa vào quan trắc lún thực tế để dự báo lún cố kết còn lại khi quyết định thời điểm có thể thi công các hạng mục công trình có liên quan đến yêu cầu khống chế lún của nền đắp trên đất yếu (các dự báo lún theo tính toán chỉ dùng để đưa ra các giải pháp thiêt kế). Đối với các tuyến đường có chiều dài qua vùng đất yếu có các đặc trưng địa kỹ thuật tương đối đồng nhất từ 500m trở lên thì nên tổ chức thi công làm thử trên thực địa một đoạn nền đắp dài 30-50m có bố trí các thiết bị quan trắc lún để từ đó chính xác hoá các giải pháp thiết kế trước khi thi công đồng loạt.
Các biện pháp xử lý nền đất yếu có thể áp dụng cho dự án
Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm (PVD) kết hợp với gia tải trước Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đứng kết hợp gia tải trước được xem là biện pháp xử lý đất yếu mang tính khả thi cao cho công trình giao thông xét về chiều sâu xử lý, chi phí, thời gian để gia tải và các yếu tố khác. Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát (SD) kết hợp gia tải trước Nhờ có bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng giếng cát nên nước cố kết ở các lớp sâu trong đất yếu dưới tác dụng của tải trọng đất đắp sẽ có điều kiện để thoát nước nhanh (thoát theo phương nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt tự nhiên), cùng một điều kiện địa chất và chiều < 40m thì việc bố trí giếng cát sẽ tăng tốc độ cố kết hơn so với giải pháp bấc thấm. • Bấc thấm là một băng tiết diện hình chữ nhật, được dùng để dẫn nước từ trong nền đất yếu lên tầng đệm cát (Vải địa kỹ thuật nếu cần) để thoát nước ra ngoài, nhờ đó tăng nhanh tốc độ cố kết, tăng khả năng chịu tải, thay đổi một số chỉ tiêu cơ lý của đất (Lực dính và góc nội ma sát), làm tăng nhanh tốc độ lún của nền đất yếu.
Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu Km48+575 -:- Km56+475 đường Quốc lộ 38B, Tỉnh Hà Nam
Bởi vì đối với dự án có chiều sâu cắm bấc thấm lớn trong khi nền đất yếu dày, biến đổi phức tạp đặc biệt là địa tầng có xuất hiện các lớp thấu kính cát cũng như các lớp cát yếu xen kẹp các lớp đất sét yếu thì việc áp dụng giải pháp xử lý bằng bấc thấm là không khả thi. Trong mặt cắt dọc địa chất xuất hiện các lớp thấu kính cát ( lớp 4a: cát pha, màu xám ghi, xám nâu trạng thái dẻo chảy) và các lớp cát mỏng xen kẹp trong địa tầng (Lớp 3a: cát pha xám đen, trạng thái dẻo chảy; Lớp 5: cát pha màu xám ghi, xám nâu trạng thái dẻo) do vậy dự án không thể áp dụng giải pháp xử lý bằng bấc thấm được mà chuyển sang lựa chọn giải pháp xử lý bằng giếng cát. - Để không ảnh hưởng đến khả năng thoát nước cố kết, tại phạm vi dọc hai bên tuyến nền đắp thấp bố trí hệ thống rãnh, nước cố kết từ tầng cát đệm thoát ra hệ thống rãnh cần phải thoát nhanh ra phạm vi lân cận nền đường, do đó trong quá trình thi công cần phải dọn sạch mặt bằng hai bên chân taluy để đảm bảo nước cố kết thoát hết ra ngoài.
Kiến nghị
Luận văn đã cung cấp cái nhìn tổng quát nhất về nhóm các nguyên nhân và nhóm giải pháp khắc phục hiện tượng mất ổn định nền đường và cầu thông qua đó cung cấp cho các nhà thi công những tài liệu về: công nghệ thi công; kỹ thuật giám sát, kiểm tra trong quá trình thi công và nghiệm thu nền đường; về chế tạo và kiểm soát chất lượng thi công xử lý nền. Luận văn là tài liệu quý báu cho các nhà tư vấn thiết kế trong quá trình lựa chọn các giải pháp xử lý đoạn chuyển tiếp giữa nền đường và cầu của dự án cũng như giải pháp thiết kế xử lý nền đường cho các dự án tiếp theo, phục vụ trong quá trình nghiên cứu học tập và phát triển các bước về sau liên quán đến nền mặt đường. Do còn tồn tại những hạn chế về mặt kiến thức cũng như thời gian nghiên cứu, đề tài này chỉ đi sâu về mặt lý thuyết, định nghĩa, bản chất, giải pháp khắc phục ổn định nền đường, tuy nhiên việc lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu trên dự án vẫn chưa được kiểm chứng bằng các đoạn thi công thử nghiệm cụ thể cũng như thí nghiệm hiện trường và kết quả quan trắc lún để đánh giá xử lý, từ đó đặt ra yêu cầu cho những đề tài nghiên cứu tiếp theo về vấn đề này.
PHẦN PHỤ LỤC