CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU 1. Tổng quan về hıện tượng lún nền đường đầu cầu trên thế gıớı Trên thực tế, những đoạn đường đầu cầu thường là đắp cao và tính chất của đất nền tự nhiên yếu, dẫn đến khu vực nền đường đầu cầu thường lún không đều, kém ổn định, đồng thời xảy ra sự lún không đều giữa cầu và đường. Hiện tượng lún và lún không đều của nền đường ô tô khu vực tiếp giáp với mố cầu gây nên không ít ảnh hưởng xấu cả về mỹ quan lẫn điều kiện xe chạy. Lún không đều trên đoạn đường đắp cao và sự thay đổi cao độ đột ngột tại khu vực mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc là nguyên nhân giảm năng lực thông hành; gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông; gây hư tổn xe cộ, hàng hóa; phát sinh tải trọng xung kích lên công trình; tốn kém cho công tác duy tu, sửa chữa,… Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu nhằm xác định rõ nguyên nhân gây ra hiện tượng lún đoạn đường dẫn đầu cầu, tạo ra “điểm xóc” ở cuối cầu, đó là kết quả của hiện tượng diễn biến trong một thời gian dài thường gặp trên các tuyến đường cao tốc hay các tuyến đường quốc lộ.1 Các yếu tố đặc trưng của hệ thống đường dẫn đầu cầu.
Từ nhận định của người điều khiển xe, nhìn chung điểm xóc gây nên 3 bất lợi khác nhau tương đương với 3 mức độ nghiêm trọng khác nhau. Thứ nhất, “điểm xóc” làm cho người điều khiển xe cảm thấy không êm thuận khi xe chạy. Thứ hai, “điểm xóc” làm giảm tuổi thọ cho các phương tiện giao thông qua nó và quan trọng 4 nhất “điểm xóc” là nguyên nhân làm cho người điều khiển xe mất lái, đó là nguyên nhân gián tiếp gây ra tai nạn giao thông khu vực cầu. Tùy vào độ chênh cao do lún lệch giữa mặt cầu và mặt đường mà có thể gây ra những tác hại theo từng cấp nhất định.
Ngoài ra, “điểm xóc” cũng gây ùn tắc giao thông khi phải tiến hành bảo dưỡng và khắc phục chúng. Một vấn đề khác liên quan đến “điểm xóc” đó là chi phí cho việc khắc phục “điểm xóc” thời gian sau này. Theo số liệu thống kê của Mỹ, trong năm 1995, có 600.000 công trình cầu trong đó có 150.000 công trình gặp vấn đề “điểm xóc”. Và chi phí cho việc khắc phục lên đến 100 triệu USD/năm, trung bình mỗi công trình cầu khoảng 700 đến 1000 USD/năm.
Hiện nay, các nước phát triển trên thế giới như Nhật Bản, CHLB Đức, Cộng hòa Pháp… đã có những nghiên cứu, tổng kết tìm nguyên nhân và đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả hiện tượng này. Đối với hiện tượng lún đường đầu cầu theo nghiên cứu, nguyên nhân có thể đến từ các giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công và khai thác công trình, một số nguyên nhân cơ bản thể hiện như trong Hình1.2 Nguyên nhân hình thành các điểm lún đường đầu cầu (Briaud, 1997). 5 Trong các nguyên nhân kể trên thì giải pháp thiết kế phù hợp là rất quan trọng. Hiện nay, hầu hết các nước trên thế giới đã thực hiện điều này khá tốt và xử lý được dứt điểm hiện tượng lún các đường đầu cầu hầu hết rất êm thuận.
Tại CH Pháp, đã có những nghiên cứu đánh giá về xử lý đoạn đường đắp cao đầu cầu nhằm đảm bảo tiện nghi cho người sử dụng, đảm bảo an toàn giao thông, bảo vệ ổn định nền đường đắp cao đầu cầu và bảo vệ công trình cầu. Tại CHLB Đức, đã đưa ra yêu cầu phải gia tải trước đoạn nền đường đầu cầu, cống rất nghiêm ngặt, khống chế độ lún cố kết và lún từ biến. Trong “Quy phạm xây dựng đường trên đất yếu” ban hành năm 1990 của Bộ GTVT Đức đã quy định về việc gia tải trước: Chiều cao gia tải trước và thời gian tác dụng phải bảo đảm trong suốt thời kỳ vận hành, khai thác đường không làm cho đất yếu phải chịu tải quá tình trạng ban đầu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng xe chạy. Tại Trung Quốc, cũng đã có những tài liệu nghiên cứu về đặc điểm khu vực nền đường đầu cầu và hai bên cống như sau: thường là nền đắp cao; diện tích thi công hẹp, khó triển khai các loại máy lu lớn để đầm nén; thi công nền đường sau khi cầu đã làm xong nên thời gian ổn định ngắn; nền mặt đường là kết cấu mềm, trong quá trình sử dụng dễ biến dạng và lún, trong khi đó kết cấu cầu có độ cứng rất lớn, ít biến dạng, ít lún hoặc không lún.
Từ các nghiên cứu đánh giá, các nước cũng đã đưa ra những quy định cụ thể về độ lún dư, sự thay đổi độ dốc dọc do lún dư của đoạn đường dẫn vào cầu như: Nhật Bản độ lún dư cho phép là 15cm đối với đường cao tốc; Pháp thay đổi tối đa độ dốc do lún cho phép từ 3.8‰ đến 6‰; Mỹ thì không quy định cụ thể mà từng Bang có những quy định riêng tùy theo yêu cầu khai thác sử dụng và đặc thù của vùng, có nhiều Bang quy định rất chi tiết đoạn đường dẫn vào cầu; Trung Quốc với tốc độ thiết kế từ 80-100km/h, thay đổi độ dốc 4‰ đến 6‰ trở xuống đảm bảo an toàn, lún của bản mặt cầu với nền đường lớn hơn là hỏng hóc nghiêm trọng.Tổng quan hiện tượng lún nền đường đầu cầu ở Việt Nam Như đã trình bày ở trên, sự cố lún đường đầu cầu là vấn đề khá phổ biến ở cả các quốc gia phát triển. Tuy nhiên, tại Việt Nam độ lún lệch giữa cầu và đường thường có mức độ lớn hơn và xảy ra khá sớm. Hầu hết các đoạn đường đắp cao vào 6 cầu chỉ đưa vào sử dụng một thời gian ngắn đã nhanh chóng bộc lộ nhược điểm khá phổ biến. Đó là hiện tượng lún sụt, trượt trồi hoặc lún không đều giữa nền đắp ở hai bên đầu cầu và trước cầu, gây trở ngại cho xe cộ lưu thông trên đường.
Những giải pháp xử lý sửa chữa thông thường chỉ mang tính chất tình thế, như bù lún mặt đường, đóng thêm cọc, gia cố mái dốc. Lún nhiều trên đường đầu cầu, cống là hiện tượng rất hay gặp trên các công trình đường ô tô, đặc biệt là đường đắp trên đất yếu. Trong quá trình khảo sát thiết kế các công trình, các giải pháp nhằm giảm nhẹ hoặc khắc phục hiện tượng lún không đều đã được xem xét. Tuy nhiên, vẫn có không ít công trình không đem lại hiệu quả xử lý như mong đợi (ví dụ: lún đầu cầu Trắng ở Hà Nội, lún đầu cầu trên cao tốc Hà Nội – Cầu Giẻ, Lún sụt đầu cầu Sài Gòn – Trung Lương, lún sụt đầu cầu Văn Thánh 2,…).
Các giải pháp xử lý nhằm giảm thiểu hiện tượng lún không đều nêu trên đều sử dụng các giải pháp xử lý thông thường như đối với nền đắp trên đất yếu. Trong những năm gần đây, chất lượng công trình giao thông là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Đặc biệt năm 2013, 2014 vấn đề An toàn giao thông và kỷ cương, chất lượng, tiến độ, hiệu quả công trình giao thông được đẩy mạnh thực hiện. Trong đó hiện tượng lún đường dẫn vào cầu cùng với lún mặt đường theo vệt hằn bánh xe là 2 vấn đề lớn cần đặc biệt quan tâm.3 Lún đầu cầu Trắng(2011), Hà Nội Hình 1.4 Lún đầu cầu trên cao tốc HN-CG 7 Hình 1.5 Lún sụt đầu cầu Văn Thánh 2, Hình 1.6 Lún sụt đầu cầu đường cao Tp Hồ Chí Minh tốc TP.
Hồ Chí Minh-Trung Lương Trên đây là hình ảnh một số sự cố lún đường đầu cầu đã xảy ra ở cả khu vực phía Bắc và phía Nam. Tại Việt Nam, cũng đã có có nhiều tác giả,nhiều đề tài nghiên cứu, nhiều giải pháp được đưa ra về chống lún đường đầu cầu như: Tổng công ty Tư vấn thiết kế Giao thông Vận tải (2011) đã có Nghiên cứu xử lý kỹ thuật tại vị trí chuyển tiếp giữa cầu và đường theo yêu cầu của Bộ Giao thông Vận tải. Vũ Đức Sỹ (2004) luận văn tiến sĩ đã thực hiện đề tài Nghiên cứu một số vấn đề về tính toán lún theo thời gian và xử lý lún nền đường ô tô đắp trên đất yếu. Lê Quỳnh Nga (2011), Lê Quý Ngoan (2013) trong luận văn thạc sỹ nghiên cứu sử dụng cọc cát để xử lý nền đường đắp trên đất yếu và đoạn đường đầu cầu, đề tài dùng phần mềm Plaxis để phân tích ổn định nền đường đắp, tác giả Lê Quý Ngoan đã thực hiện phân tích trên Quốc lộ 3 Hà Nội - Thái Nguyên,.
Tuy nhiên, thực tế đây vẫn là một hiện tượng hư hỏng khá phổ biến chưa được khắc phục trong đó nhiều giải pháp tính hiệu quả kinh tế còn hạn chế cũng như chưa có quy trình, tiêu chuẩn kỹ thuật riêng cho thiết kế đoạn đường đầu cầu. Đến tháng 10 năm 2013, Bộ Giao thông Vận tải theo Quyết định số 3095/QĐ- BGTVT đã ban hành “Quy định tạm thời về các giải pháp kỹ thuật công nghệ đối với đoạn chuyển tiếp giữa đường và cầu (cống) trên đường ô tô”. Tuy nhiên, việc áp dụng còn gặp khó khăn do chưa có hướng dẫn chi tiết xây dựng và sử dụng các nhóm giải pháp cũng như việc đánh giá cụ thể các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp đưa ra chưa được thực hiện. 8 Lún đường đầu cầu về bản chất do phần cầu quá cứng, còn phần nền đường lại mềm hơn.
Các giải pháp xử lý tình trạng lún này đều đã có, chỉ những đoạn nền đất quá yếu phải đắp quá cao mới cần tới những giải pháp đặc biệt, tốn kém. Chính vì vậy, đối với Việt Nam việc nghiên cứu đánh giá hiệu quả, đề xuất các nhóm giải pháp tối ưu theo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật là rất cấp thiết. Ngoài ra việc lựa chọn được công nghệ phù hợp cho từng loại công trình cũng là điểm cần quan tâm để đảm bảo thực hiện hiệu quả giải pháp đề ra. Khái niệm nền đất yếu và các giải pháp xử lý lún nền đường đầu cầu sử dụng phổ biến trong xây dựng công trình giao thông 1.