Tổng quan nghiên cứu

Hiện tượng lún nền đường dẫn sau mố cầu là một vấn đề phổ biến và nghiêm trọng trong xây dựng công trình giao thông, đặc biệt tại các khu vực có nền đất yếu. Theo báo cáo của ngành giao thông vận tải, sự cố lún lệch giữa mặt cầu và mặt đường dẫn không chỉ ảnh hưởng đến mỹ quan mà còn làm giảm năng lực khai thác, gây hư hỏng phương tiện và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông. Cầu Rạch Chiếc 2 (nay là cầu Phú Hữu) tại quận 9, TP. Hồ Chí Minh, là một dự án BOT đã hoàn thành vào năm 2016, được thiết kế với các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế lún sau mố đường dẫn, tránh lặp lại sự cố đã xảy ra tại cầu Rạch Chiếc 1 trên Xa lộ Hà Nội.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của giải pháp sàn giảm tải bằng bê tông cốt thép (BTCT) đổ tại chỗ trên nền móng cọc BTCT, kết hợp đắp cát hạt mịn đến cao độ thiết kế, nhằm hạn chế lún và đảm bảo chuyển tiếp êm thuận giữa phần kết cấu cứng và mềm. Đối tượng nghiên cứu tập trung vào mố A1, A13 và đoạn đường dẫn đầu cầu, nơi có lớp đất yếu với chỉ số SPT không đồng đều, gây nguy cơ mất ổn định do lún cố kết. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các tài liệu lý thuyết, hồ sơ thiết kế, quan sát thực tế thi công và theo dõi bảo hành công trình cầu Rạch Chiếc 2.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học và kinh nghiệm thực tiễn để áp dụng các giải pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả, giảm thiểu chi phí bảo trì, nâng cao độ bền và an toàn cho các công trình cầu đường trong tương lai. Các chỉ số kỹ thuật như độ lún dư cho phép, độ bằng phẳng theo phương dọc tim đường, và chiều dài đoạn chuyển tiếp được xem xét kỹ lưỡng nhằm đảm bảo tiêu chuẩn vận hành và khai thác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về cơ học đất và kết cấu nền móng, tập trung vào các khái niệm chính sau:

  • Lún cố kết (Consolidation settlement): Quá trình giảm thể tích đất yếu do thoát nước lỗ rỗng dưới tác dụng tải trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và biến dạng nền đường.
  • Độ bằng phẳng theo phương dọc tim đường (Longitudinal profile smoothness): Tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm hạn chế sự thay đổi đột ngột về độ cao mặt đường, đảm bảo sự chuyển tiếp êm thuận giữa đường và cầu.
  • Bản quá độ (Transition slab): Kết cấu bê tông cốt thép dùng để chuyển tiếp độ lún và độ cứng giữa nền đường và mố cầu, giảm thiểu hiện tượng “bước nhảy” gây xóc và hư hỏng.
  • Giải pháp xử lý nền đất yếu: Bao gồm các phương pháp gia tải trước, thay đất, sử dụng giếng cát, bấc thấm, cọc cát đầm chặt, cọc xi măng đất, bơm hút chân không, và bệ phản áp nhằm tăng cường độ ổn định và giảm lún nền.
  • Tiêu chuẩn thiết kế và kiểm soát lún: Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật của Bộ Giao thông Vận tải như 22TCN 262-2000, 22TCN 272-05, và các văn bản hướng dẫn liên quan để đảm bảo độ lún dư cho phép và ổn định công trình.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ hồ sơ thiết kế, bản vẽ kỹ thuật, số liệu quan trắc lún thực tế trong quá trình thi công và bảo hành cầu Rạch Chiếc 2; tài liệu chuyên ngành và các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
  • Phương pháp phân tích: Kiểm duyệt lại các tính toán kết cấu nền móng và sàn giảm tải dựa trên các nguyên lý cơ học đất và tiêu chuẩn thiết kế; phân tích so sánh các giải pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Tập trung nghiên cứu các vị trí mố A1, A13 và đoạn đường dẫn đầu cầu, nơi có nền đất yếu đặc trưng với chỉ số SPT không đồng đều, đại diện cho các điều kiện địa chất phổ biến tại khu vực.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2018, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, phân tích lý thuyết, quan sát thực tế thi công và theo dõi bảo hành trong vòng vài năm sau khi hoàn thành công trình.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được hỗ trợ bằng hình ảnh, biểu đồ và bảng biểu minh họa sự thay đổi độ cứng nền đường, độ lún theo thời gian, cũng như các kết quả quan trắc lún tại hiện trường.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả của sàn giảm tải BTCT trên móng cọc: Giải pháp sàn giảm tải dày 40cm, đặt trên hệ móng cọc BTCT 30x30cm, đã giúp giảm đáng kể độ lún lệch giữa mặt cầu và mặt đường dẫn. Số liệu quan trắc cho thấy độ lún dư tại đoạn đường sau mố được kiểm soát dưới 30cm trong vòng 15 năm khai thác, phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế.

  2. Độ bằng phẳng theo phương dọc tim đường: Đoạn chuyển tiếp giữa đường và cầu được thiết kế với độ bằng phẳng từ 4‰ đến 8‰, đảm bảo sự chuyển tiếp êm thuận, giảm thiểu hiện tượng “bước nhảy” gây xóc xe. Chiều dài đoạn chuyển tiếp được xác định trong khoảng 50-70m, phù hợp với công thức tính toán và tiêu chuẩn kỹ thuật.

  3. So sánh với các giải pháp xử lý nền khác: So với các phương pháp như giếng cát, bấc thấm hay cọc cát đầm chặt, giải pháp sàn giảm tải có ưu điểm không cần thời gian chờ cố kết, thi công nhanh và độ rủi ro thấp. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cao gần bằng chi phí xây dựng cầu, nên chỉ áp dụng khi yêu cầu tiến độ và độ lún nghiêm ngặt.

  4. Tác động của địa chất và tải trọng: Đặc điểm địa tầng khu vực có lớp đất yếu với chỉ số SPT không đồng đều, chiều sâu cọc móng 27m, và tải trọng giao thông lớn đã được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo ổn định và hạn chế lún. Việc đắp cát hạt mịn đến cao độ thiết kế cũng góp phần tăng cường độ ổn định nền đất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp hạn chế lún sau mố cầu là sự kết hợp giữa giải pháp kết cấu sàn giảm tải và xử lý nền móng bằng cọc BTCT, tạo ra sự phân bố tải trọng đồng đều và giảm áp lực lên lớp đất yếu. Kết quả quan trắc thực tế phù hợp với các mô hình lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật, thể hiện qua biểu đồ độ lún theo thời gian và bảng số liệu kiểm tra cường độ cọc.

So với các nghiên cứu trước đây về xử lý nền đất yếu tại các công trình cầu khác, giải pháp này cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc kiểm soát lún và đảm bảo độ bằng phẳng, góp phần nâng cao độ bền và an toàn giao thông. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cao và yêu cầu thiết bị thi công chuyên dụng là những hạn chế cần cân nhắc khi áp dụng rộng rãi.

Việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế như 22TCN 262-2000 và 22TCN 272-05 đã giúp đảm bảo các yêu cầu về độ lún dư, ổn định chống trượt và độ bằng phẳng, đồng thời hệ thống quan trắc lún được thiết kế chặt chẽ giúp phát hiện sớm các biến dạng bất thường trong quá trình khai thác.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng giải pháp sàn giảm tải kết hợp móng cọc BTCT cho các công trình cầu có nền đất yếu: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu là giảm độ lún dư dưới 30cm trong vòng 15 năm, thời gian thực hiện trong giai đoạn thiết kế và thi công công trình, chủ thể thực hiện là các đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu xây dựng.

  2. Tăng cường công tác khảo sát địa chất và quan trắc lún: Đề xuất "xây dựng hệ thống quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng" để theo dõi biến dạng nền đất trong suốt quá trình thi công và khai thác, giúp phát hiện và xử lý kịp thời các hiện tượng bất thường, chủ thể là chủ đầu tư và đơn vị giám sát.

  3. Sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành và cập nhật thường xuyên: Khuyến nghị "áp dụng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn thiết kế như 22TCN 262-2000, 22TCN 272-05" và các văn bản hướng dẫn mới nhất để đảm bảo chất lượng công trình, chủ thể là các cơ quan quản lý và tư vấn thiết kế.

  4. Nghiên cứu và phát triển các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện địa phương: Động từ hành động là "khảo sát và thử nghiệm" các phương pháp như giếng cát, bấc thấm, cọc xi măng đất để lựa chọn giải pháp tối ưu về chi phí và hiệu quả kỹ thuật, thời gian thực hiện trong các dự án thí điểm, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chuyên gia và kỹ sư xây dựng cầu đường: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về xử lý nền đất yếu và thiết kế đoạn chuyển tiếp giữa đường và cầu, giúp nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công.

  2. Các đơn vị tư vấn thiết kế và thi công công trình giao thông: Tham khảo để áp dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp, giảm thiểu rủi ro lún lệch và đảm bảo tiến độ thi công.

  3. Cơ quan quản lý dự án và chủ đầu tư: Hiểu rõ các yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn thiết kế và các giải pháp kiểm soát lún để giám sát và đánh giá chất lượng công trình.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết cơ học đất, phương pháp xử lý nền đất yếu và ứng dụng thực tiễn trong các công trình cầu đường hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giải pháp sàn giảm tải có ưu điểm gì so với các phương pháp xử lý nền khác?
    Sàn giảm tải giúp phân bố tải trọng đều lên móng cọc, không cần thời gian chờ cố kết, thi công nhanh và độ rủi ro thấp. Tuy nhiên chi phí cao hơn so với các phương pháp như giếng cát hay bấc thấm.

  2. Chiều dài đoạn chuyển tiếp giữa đường và cầu được xác định như thế nào?
    Chiều dài đoạn chuyển tiếp được tính dựa trên công thức liên quan đến độ lún dư của nền đường và mố cầu, thường trong khoảng 50-70m để đảm bảo độ bằng phẳng từ 4‰ đến 8‰, giúp xe chạy êm thuận.

  3. Tại sao cần quan trắc lún trong quá trình thi công và khai thác?
    Quan trắc lún giúp phát hiện sớm các biến dạng bất thường, đảm bảo an toàn công trình và người sử dụng, đồng thời cung cấp dữ liệu để điều chỉnh biện pháp xử lý kịp thời.

  4. Các tiêu chuẩn nào được áp dụng trong thiết kế xử lý nền đất yếu?
    Các tiêu chuẩn chính gồm 22TCN 262-2000 về khảo sát và thiết kế nền đường đắp trên đất yếu, 22TCN 272-05 về thiết kế cầu, cùng các văn bản hướng dẫn của Bộ Giao thông Vận tải.

  5. Giải pháp xử lý nền đất yếu nào phù hợp với điều kiện đất có hàm lượng hữu cơ cao?
    Phương pháp cọc xi măng đất được đánh giá cao vì khả năng xử lý sâu và hiệu quả với nhiều loại đất yếu, tuy nhiên cần lưu ý giảm hiệu quả khi hàm lượng hữu cơ và độ dẻo của đất tăng cao.

Kết luận

  • Giải pháp sàn giảm tải BTCT trên móng cọc BTCT là phương án hiệu quả trong việc hạn chế lún sau mố đường dẫn cầu Rạch Chiếc 2, đảm bảo độ bằng phẳng và an toàn giao thông.
  • Độ lún dư được kiểm soát dưới 30cm trong vòng 15 năm, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
  • Chiều dài đoạn chuyển tiếp từ 50 đến 70m đảm bảo sự chuyển tiếp êm thuận giữa đường và cầu, giảm thiểu hiện tượng “bước nhảy” gây xóc xe.
  • Cần tăng cường công tác quan trắc lún và áp dụng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo chất lượng và độ bền công trình.
  • Khuyến nghị áp dụng kết hợp các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật từng dự án, đồng thời tiếp tục nghiên cứu phát triển các công nghệ mới.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị tư vấn và thi công nên áp dụng các giải pháp đã được đánh giá hiệu quả trong nghiên cứu này cho các dự án cầu đường mới, đồng thời thiết lập hệ thống quan trắc lún chặt chẽ để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình.