MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lún lệch hay còn gọi lún tương đối là chuyển vị thẳng đứng không đều gây nên sự chênh lệch không đồng bộ. Tất cả công trình xây dựng đều bị lún, miễn trong giới hạn cho phép. Tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng định sẵn độ lún tối đa cho phép cho từng loại công trình (phần lớn từ 8 – 30cm).
Ngoài trị số độ lún tuyệt đối, còn quy định lượng chênh lệch tối đa cho phép về độ lún tương đối của các điểm trong nền, độ nghiêng… Thực tế hiện nay, một số công trình cầu đường trong quá trình đưa vào khai thác sử dụng đã và đang tồn tại hiện tượng khá phổ biến là lún lệch đường dẫn vào cầu (lún không đều tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu). Sự lún lệch này là trở ngại lớn trong quá trình phương tiện lưu thông, là nguyên nhân làm cho người tham gia giao thông cảm thấy khó chịu khi xe vào cầu, xốc đột ngột cũng rất dễ dẫn đến tai nạn ngoài ý muốn. Có nhiều tác giả đã nghiên cứu vấn đề này cũng như đưa ra giải pháp để khắc phục hiện tượng lún lệch theo hướng giảm trọng lượng bản thân nền đắp cao hoặc gia cố nền đất yếu bên dưới nền đắp. Tuy nhiên, vẫn chưa thể tối ưu hóa được vì nhiều yếu tố, cần tìm hiểu sâu để đưa ra phương pháp hiệu quả và hợp lý nhất.
Vì vậy, việc “Nghiên cứu giải pháp sử dụng cột ximăng đất để gia cố nền đất yếu bên dưới kết hợp đắp vật liệu có tải trọng nhẹ” để xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu là hết sức cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài So sánh độ lún đường dẫn vào cầu giữa phương pháp giải tích và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis. Từ đó rút ra sự tương quan giữa chúng. Nghiên cứu độ lún chênh lệch giữa mố cầu và đường dẫn vào cầu sau khi đắp nền đường và sau 15 năm đưa vào sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài Phân tích cơ sở lý thuyết, đánh giá về phương pháp sử dụng cột ximăng đất để gia cố nền đất yếu bên dưới kết hợp đắp vật liệu có tải trọng nhẹ cho công trình -2- đường dẫn vào cầu Ba Láng ở Thành Phố Cần Thơ. Phân tích mô phỏng đường dẫn vào cầu và mố cầu bằng phần mềm Plaxis để kiểm tra ổn định. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài Rút ra được sự tương quan của độ lún đường dẫn vào cầu giữa phương pháp giải tích và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis. Ứng dụng để tính toán ổn định cho công trình có giải pháp thiết kế tương tự.
Đồng bằng sông Cửu Long có cấu tạo địa chất là vùng đất yếu nên nơi tiếp giáp của đường dẫn vào cầu và mố cầu có độ lún lớn do đoạn đường dẫn vào cầu thường đắp cao. Sử dụng phương án cột ximăng đất để gia cố nền đất yếu bên dưới kết hợp đắp vật liệu có tải trọng nhẹ để khắc phục được sự lún không đều giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu. Từ đó đưa ra giải pháp vừa đạt yêu cầu kỹ thuật vừa hiệu quả kinh tế cao. Phạm vi nghiên cứu và hạn chế của đề tài Chỉ nghiên cứu đến trường hợp tải trọng tĩnh, chưa tính đến trường hợp động đất và các yếu tố chất lượng của cột ximăng đất.
Chưa xét trong trường hợp đóng cột đất làm xáo động vùng đất yếu dưới nền đắp. Do xáo động sẽ phá hoại kết cấu nguyên trạng dẫn đến độ lún tổng cộng tăng lên. Các số liệu về công trình thực tế còn hạn chế nên kết quả nghiên cứu chỉ đại diện cho một khu vực nhất định, chưa thể đại diện cho cả khu vực phía Nam. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ LÚN LỆCH ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU 1.1 Tổng quan về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu Lún đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu là hiện tượng phổ biến và phức tạp, không chỉ riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển như: Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Pháp.
Kết quả điều tra gần đây cho thấy khoảng 25% công trình cầu của Hoa Kỳ cũng đang gặp vấn đề tương tự. Điểm khác biệt là tại các công trình cầu ở Việt Nam độ lún lệch giữa cầu và đường có quy mô lớn hơn, thời điểm bắt đầu xảy ra hiện tượng lún lệch cũng sớm hơn. Việc xuất hiện lún lệch là không thể tránh được nhưng làm sao để không ảnh hưởng lớn đến điều kiện khai thác của công trình cầu là một vấn để cần được quan tâm thích đáng. Sau các nghiên cứu, đánh giá, các chuyên gia đưa ra nhận định về những nguyên nhân có thể gây lún nền đường đắp cao kề giáp với mố cầu.
Cụ thể là do lún nền đất tự nhiên, lún do chính bản thân nền đắp, hệ thống thoát nước, mật độ giao thông, chu trình nhiệt độ, lún do sự khó khăn trong đầm nén đất đắp sát mố và tường cánh dẫn đến hậu quả sau một vài năm khai thác đã xuất hiện lún gây ra sự chênh cao giữa mặt đường và mố cầu. Lún nền đường đầu cầu dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường và mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc tuyến đường, thậm chí tạo thành những hố (rãnh) lún sâu sát mố cầu. Chúng ta thường dễ nhận biết hiện tượng nẩy xe ở đường dẫn vào các cầu, hiện tượng này làm giảm năng lực thông hành, gây hỏng hóc phương tiện, hàng hóa, phát sinh tải trọng xung kích phụ thêm lên mố cầu, tốn kém cho công tác bảo dưỡng, gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông và làm mất an toàn giao thông. Tại Việt Nam, vấn đề này đang là một chủ đề được tranh luận khá nhiều trên các diễn đàn kỹ thuật, nhưng rất tiếc là cho đến nay vẫn chưa có một hướng dẫn chi tiết về thiết kế và thi công cho hạng mục quan trọng này được ban hành bởi các cơ quan có thẩm quyền, để tạo hành lang pháp lý cho các kỹ sư thiết kế, chủ đầu tư, quản lý dự án và tư vấn giám sát, nhà thầu thi công thực thi trong các dự án cụ thể.
Tại Hoa Kỳ đã có rất nhiều đề tài tập trung phân tích các nguyên nhân với -4- các điều tra sâu rộng và kỹ lưỡng, thực hiện bởi các chuyên gia có uy tún, các trường Đại học và các cơ quan quản lý giao thông. Sau các đề tài này, hệ thống tiêu chuẩn thiết kế và các bản vẽ điển hình đã được cập nhật lên mạng để giúp các kỹ sư tránh hoặc giảm thiểu tác hại của vấn đề này. Tại Cộng hòa Pháp, đã có những nghiên cứu đánh giá về xử lý đoạn đường đắp cao đầu cầu nhằm đảm bảo sự thoải mái 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 Cộng Hòa Liên Bang Đức, người ta không quá quan tâm đến mức độ chênh lệch lún giữa nền đường và cầu nhưng yêu cầu phải gia tải trước đoạn nền đường đầu cầu, cống rất nghiêm ngặt, khống chế cả độ lún cố kết và lún từ biến.
Trong “Quy phạm xây dựng đường trên đất yếu” ban hành năm 1990 của Bộ Giao Thông Vận Tải Đức đã quy định về việc gia tải trước như sau: 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, 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 nên 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.2 Các giải pháp xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu Xu hướng rút ngắn khẩu độ cầu dẫn đến nền đắp tương đối cao tại mố cầu, tải trọng bản thân của khối đất đắp này trên nền đất yếu gây ra hiện tượng lún lệch giữa phần đường và mố. Cho nên, cần có giải pháp tốt để xử lý nhằm ngăn chặn lún diễn ra tại vị trí này. Hiện nay, người ta thường chia công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu thành 2 loại: Loại chỉ tác động đến bản thân nền đắp và loại tác động đến nền đất yếu phía dưới nền đắp.
+ Các giải pháp công nghệ chỉ tác động đến bản thân nền đắp: Xây dựng nền đắp theo giai đoạn (vừa đắp vừa đợi); Xây dựng các bệ phản áp 2 bên nền đắp; Đắp gia tải trước để tăng nhanh lún; Giảm tải trọng của nền đắp: Đắp bằng vật liệu nhẹ -5- (polystyrene nở, lốp xe,…), đặt thêm các ống cống trong bản thân nền đắp; Tăng cường ổn định cho nền đắp bằng cách bố trí thêm các lớp vải hoặc lưới địa kỹ thuật ở đáy và thân nền đắp. + Các giải pháp tác động đến nền đất yếu phía dưới nền đắp: Thay toàn bộ hay một phần đất yếu bằng vật liệu đắp tốt (đệm cát, đệm đất, đệm đá – sỏi); Cải tạo nền đất bằng cọc tre, cọc tràm: Đây là phương pháp gia cố nền đất yếu hay dùng trong dân gian, thường chỉ dùng dưới móng chịu tải trọng không lớn; Cải tạo nền đất bằng cọc cát: Đây là phương pháp để làm ổn định nền đất yếu bằng cách thi công các cọc cát được đầm kỹ với đường kính lớn bằng quá trình lặp đi lặp lại rút hạ cọc ống thép được rung, phương pháp này tạo ra các ống mao dẫn làm giảm mực nước ngầm trong đất, làm chặt đất và cải thiện chỉ tiêu cơ lý của đất nền; Cải tạo nền đất bằng cột ximăng đất theo công nghệ phun ướt hoặc khô; Cố kết bằng hút chân không; Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm, đây là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước.1 Giải pháp sử dụng cột ximăng đất để xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu 1.1 Vấn đề nghiên cứu về giải pháp cột ximăng đất (CDM) trên Thế giới và ở Việt Nam Trên thế giới, từ rất lâu cột ximăng đất đã được dùng để cải tạo đất.
