CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN KHI XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1. Giới thiệu chung Trong những năm gần đây Việt Nam đang bước vào thời kỳ hội nhập sâu rộng với khu vực và quốc tế và đang trở thành điểm đến hấp dẫn cho các nhà đầu tư trong và ngoài nước. Chính điều này đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển về cơ sở hạ tầng kỹ thuật, hệ thống giao thông vận tải, điện tử, viễn thông….Ngày càng nhiều các dự án khu đô thị mới, khu công nghiệp, sân bay, bến cảng, nhà ga, các công trình cầu đường, công trình ngầm được đầu tư xây dựng với quy mô lớn ở nhiều nơi trên cả nước trong thời gian qua. Đặc biệt mạng lưới giao thông trên cả nước ngày càng phát triển góp phần lưu thông hàng hóa, thúc đẩy sự giao lưu phát triển kinh tế giữa các vùng miền trên cả nước.
Trong đó nhiều tuyến đường được xây dựng trong khu vực có nền đất trầm tích mềm yếu và biến đổi phức tạp. Thực tế đã chứng minh một số công trình giao thông trong quá trình tiến hành thi công xây dựng hoặc đưa vào sử dụng đã xảy ra hiện tượng sụt lún, trượt, nứt nẻ mặt đường do trước đó đã không đánh giá được chính xác tính chất cơ lý của đất nền để lựa chọn giải pháp xử lý tối ưu. Chính vì vậy việc xác định được tính chất của các lớp đất nền, đặc điểm cấu tạo của công trình tạo cơ sở đề ra các giải pháp xử lý nền móng hợp lý về kinh tế và kỹ thuật, rút ngắn thời gian cố kết, cải thiện khả năng chịu tải của đất nền, tăng nhanh tốc độ thi công công trình. Đặc điểm và phân loại nền đất yếu 1.
Đặc điểm về đất yếu Nền đất yếu là nền đất không đáp ứng được yêu cầu của tải trọng, phải tiến hành gia cố mới có thể thi công và vận hành công trình. Một quan niệm khác cho rằng, đất yếu được hiểu là các loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5: đất á sét e ≥1), lực dính C theo thí nghiệm cắt cánh không thoát 2 nước nhỏ hơn 0,15daN/cm2, góc nội ma sát φ < 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường C u < 0,35 daN/cm2. Đất yếu có thể phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B: W − Wd B= Wch − Wd (1.1) Trong đó: - W, W d , W ch : Độ ẩm trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn chảy của đất; - Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy; - Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy; Theo quan điểm xây dựng ở một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức kháng cắt không thoát nước S u và hệ số xuyên tiêu chuẩn như sau: - Đất rất yếu (trạng thái chảy): S u ≤ 12,5 kPa và N 30 ≤ 2 - Đất yếu (ở trạng thái dẻo chảy): S u ≤ 25 kPa và N 30 ≤ 4.2 Các loại đất yếu thường gặp Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét, trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; Đất than bùn: Loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ > 13%); Cát chảy: Gồm các loại cát hạt mịn, kết cầu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể; Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lơn hơn 10% tính theo trọng lượng; 3 Đất phù sa, đất bùn, đất mùn vì các đất này có khả năng chịu lực kém [10].3 Cách nhận biết đất yếu Loại đất có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể có lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hưu cơ có thể tới 10 – 12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy.
Ngoài ra vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e >1, độ bão hòa G > 0,8). Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ với các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 – 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cầu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng có các trị số như đã nêu ở trên.
Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng: - Lượng hữu cơ có từ 20 – 30%: Đất nhiễm than bùn; - Lượng hữu cơ có từ 30 – 60%: Đất than bùn; - Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn. Tổng quan về các sự cố thường gặp của đường giao thông xây dựng trên nền đất yếu 1. Các sự cố công trình nền đường ô tô xảy ra trong những năm gần đây Nền đường ô tô qua vùng đất yếu thường là nền đắp bằng đất hoặc cát, có chiều cao đắp trên mặt đất tự nhiên khoảng từ 2 m đến 10m (ở đầu các cầu vượt và 4 các công trình vượt sông thường được đắp cao từ 8m đến 10m). Đất yếu được hiểu là đất có cường độ chống cắt kém, khả năng biến dạng lớn (độ rỗng tự nhiên lớn), có thể có nguồn gốc khoáng vật( sét trầm tích trong nước) hoặc nguồn gốc hữu cơ (đất than bùn…).
Lý thuyết và thực tiễn đều đã cho thấy: các công trình nền đắp trên đất yếu như vậy thường gặp 2 loại sự cố lún sụp - trượt trồi (do cường độ chống cắt của đất yếu phía dưới không đủ chịu được tải trọng đắp) và lún kéo dài (do quá trình cố kết của đất yếu kéo dài). Lún sụp - trượt trồi dẫn đến phá hỏng hoàn toàn cấu tạo nền đắp khiến phải đào bỏ và đắp lại. Còn lún kéo dài thì cấu tạo nền đắp cơ bản vẫn được duy trì, mà chỉ ảnh hưởng đến cao độ nền, dẫn đến phải bù phụ trong quá trình đưa đường vào khai thác sử dụng. Dưới đây là một số sự cố điển hình của công trình giao thông khi xây dựng trên nền đất yếu trong một vài năm trở lại đây: 1.
Sự cố kỹ thuật cầu Cần Thơ a. Tổng quan về dự án Cầu Cần Thơ là cây cầu bắc qua sông Hậu, nối thành phố Cần Thơ và thành phố Vĩnh Long, được khởi công xây dựng ngày 25 tháng 09 năm 2004 và thời điểm khánh thành vào lúc 09h00 sáng ngày 24 tháng 04 năm 2010. Là cây cầu dây văng có nhịp chính dài nhất tại khu vực Đông Nam Á. Một công trình có ý nghĩa đặc biệt quan trọng về chính trị, văn hóa, xã hội, quốc phòng, an ninh… đối với sự phát triển của Cần Thơ, Vĩnh Long và cả Đồng bằng song Cửu Long đồng thời là biểu tượng sinh động, thiết thực trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Cầu Cần Thơ gồm cầu chính dài 1010m, cầu dẫn về phía Vĩnh Long 520m, cầu dẫn về phía Cần Thơ 1120m, mặt cầu rộng 26m. Tổng mức đầu tư 4832 tỷ (khoảng 342,6 triệu USD tại thời điểm 2001) bằng nguồn vốn ODA của chính phủ Nhật và vốn đối ứng của Chính phủ Việt Nam. NIPPON KOE-CHOAI và nhà thầu chính là liên danh TAISEI-KAJMA-NIPPON STEEL (TKN). Chủ đầu tư là Bộ giao thông vận tải.
Đại diện chủ đầu tư quản lý dự án là Ban quản lý dự án Mỹ Thuận.1: Sơ đồ vị trí cầu Cần Thơ b. Tóm tắt sự cố Sự cố xảy ra trong quá trình đang thi công dầm hộp tại hai nhịp neo của cầu chính từ trụ P14 đến P15 phía bờ Vĩnh Long tại mỗi nhịp dài 40 m. Nhà thầu đã sử dụng hệ thống kết cấu đỡ tạm bao gồm các trụ pale thép, các giàn ngang và các giàn dọc. Vào lúc 7giờ 55 phút sáng ngày 26 tháng 09 năm 2007 toàn bộ hệ thống kết cấu đỡ tạm trên đã xảy ra sự cố sập đổ, kéo theo là sự sập đổ của dầm hộp bê tông đang thi công.
Từ ghi nhận tại hiện trường và các nhân chứng thì sự cố sập đổ được bắt đầu từ trụ T13 của hệ kết cấu đỡ tạm, tiếp theo là tiếng nổ và khói trắng bốc lên gần trụ P13. Bê tông dầm cầu đã thi công giữa các trụ chính P13 - P14 và sau đó là giữa các trụ P14 - P15 sập theo và đè lên các bộ phận của hệ kết cấu đỡ tạm.2: Hình ảnh trước và sau khi sự cố xảy ra c. Phân tích đánh giá sự cố Nguyên nhân của sự cố: Do sự biên đổi địa chất làm lún lệch đài móng trụ tạm thượng lưu T13U tới giá trị 12mm theo hướng dọc cầu từ phía bờ ra sông. Lún lệch đài móng đã làm tăng nội lực trong các bộ phận của trụ tạm gây đứt bu lông liên kết của một thanh giằng xiên làm chiều dài hữu dụng của các thanh cột trụ tạm tăng lên gây oằn cột trụ tạm T13 và theo đó là sự sập đổ của kết cấu bên trên trụ tạm.
Qua đó thấy được công tác quản lý kỹ thuật còn thiếu sót trong công tác thu thập, đánh giá điều kiện địa chất của khu vực dự án. 7 Ảnh hưởng của sự cố: Sự cố sập 2 nhịp dẫn của cầu Cần Thơ khi đang thi công được xem là sự cố công trình thảm khốc nhất năm 2007, xét cả về thiệt hại vật chất và sinh mạng. Mặc dù chưa thống kê được chính xác chi phí cho công tác xử lý sự cố này nhưng ước tính thiệt hại vật chất xây dựng khoảng 40 tỷ đồng chưa kể công tác tìm kiếm người bị chết, cứu chữa, tài trợ cho các gia đình bị nạn…. Thiệt hại về người theo thống kê với số người chết là 54 người và 80 người bị thương.
Các sự cố kĩ thuật khác Trong những năm gần đây, việc xây dựng những mạng lưới giao thông trọng điểm đang phát triển rộng khắp trên cả nước.