Bộ giáo dục và đào tạo Tr ờng đại học giao thông vận tải Vũ HồNG sơn Các giảI pháp trong thiết kế và thi công để đảm bảo chất l ợng xây dựng đ ờng dẫn cầu vĩnh tuy Luận án thạc sỹ kỹ thuật Hà Nội, tháng 10 năm 2007 !"#$%&"'()"*+",+&" &" Tr"ờng đại học giao thông vận tải Vũ HồNG sơn Các giảI pháp trong thiết kế và thi công để đảm bảo chất l"ợng xây dựng đ"ờng dẫn cầu vĩnh tuy Luận án thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng thành phố Mã số: 60.58.30 Ng ời h ớng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Xuân Cậy Hà Nội, tháng 10 - 2007 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội mục lục phần mở đầu ch ơng 1 khái quát về dự án xây dựng cầu vĩnh tuy và hệ thống đ ờng dẫn đầu cầu 1.1 Mục tiêu đầu t, 2 1.2 Địa điểm xây dựng 2 1.3 Diện tích chiếm đất của dự án 2 1.4 Tiêu chuẩn kỹ thuật và năng lực thiết kế của dự án 2 1.4.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng 2 1.4.2 Năng lực thiết kế 3 1.5 Nguồn vốn 5 1.6 Tổng mức đầu t, 5 ch ơng 2 những vấn đề chung về đất yếu và các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu 2.1 Những vấn đề chung về đất yếu 6 2.1.1 Khái niệm về đất yếu 6 2.1.2 Đất sét mềm 7 2.1.3 Bùn 8 2.1.4 Than bùn 9 2.1.5 Các loại đất yếu khác 10 2.2 Các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu 11 2.2.1 Các kỹ thuật xây dựng 12 2.2.2 Các biện pháp xử lý đồng thời với việc xây dựng nền đắp 13 2.3 Kết luận ch,ơng 2 28 Trang Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội ch ơng 3 giải pháp xử lý nền đất yếu áp dụng cho đ ờng dẫn cầu vĩnh tuy 3.1 Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho đ,ờng dẫn cầu Vĩnh Tuy 29 3.2 Giải pháp thiết kế và kết quả tính toán xử lý nền đất yếu của đ,ờng dẫn cầu Vĩnh Tuy 29 3.2.1 Quy mô công trình 29 3.2.2 Điều kiện địa chất công trình 30 3.2.3 Giải pháp thiết kế và các chỉ tiêu tính toán 30 3.3 Kết luận ch,ơng 3 35 ch ơng 4 các giải pháp quản lý chất l ợng thi công nền đ ờng đ ờng dẫn cầu vĩnh tuy 4.1 Giải pháp thi công cho nền đ,ờng đắp thông th,ờng (không nằm trên nền đất yếu) 45 4.1.1 Khôi phục cọc và định vị phạm vi thi công 45 4.1.2 Dọn dẹp mặt bằng 45 4.1.3 Đào bỏ vật liệu không thích hợp 46 4.1.4 Xây dựng nền đ ờng đắp 48 4.1.5 Xây dựng lớp nền th ợng 51 4.2 Kiểm tra rải thử đầm nén cho vật liệu đắp nền K95 và K98 54 4.2.1 Giới thiệu chung 54 4.2.2 Nội dung công tác rải thử nghiệm đầm nén 54 4.2.3 Vị trí rải thử nghiệm 54 4.2.4 Thiết bị máy móc tham gia rải thử nghiệm đầm nén 55 4.2.5 Nhân lực 55 4.2.6 Trình tự thi công rải thử nghiệm 56 4.2.7 Báo cáo tổng kết đánh giá kết quả Rải thử 59 4.3 Giải pháp thi công cho nền đ,ờng đắp trên nền đất yếu ( xử lý nền đất yếu bằng giếng cát) 62 4.3.1 B ớc 1: Chuẩn bị mặt bằng. Bóc bỏ hữu cơ ra khỏi mặt bằng. Đắp bờ vây tại vị trí ao hồ 62 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội 4.3.2 B ớc 2: Rải vải địa kỹ thuật loại không dệt 64 4.3.3 B ớc 3: San nền lớp cát bù phụ, tạo phẳng mặt cát K95 64 4.3.4 B ớc 4: Rải vải địa kỹ thuật gia cố tại mép. Thi công lớp đệm cát thoát n ớc lần 1 đến cao độ đỉnh cọc. Tạo đ ờng công vụ vận chuyển vật liệu 66 4.3.5 B ớc 5: Định vị sơ đồ cọc trên mặt bằng và thứ tự thi công cọc 67 4.3.6 B ớc 6: Thi công giếng cát 67 4.3.7 B ớc 7: Thi công hoàn thiện lớp đệm cát thoát n ớc đến cao độ thiết kế 71 4.3.8 B ớc 8: Thi công lớp cát đắp K95 đến cao độ thiết kế 72 4.3.9 B ớc 9: Gia tải 72 4.3.10 B ớc 10: Quan trắc lún 74 4.3.11 B ớc 11: Tháo dỡ gia tải và thi công lớp nền đ ờng K98 75 4.4 Kết luận ch,ơng 4 77 kết luận 83 tài liệu tham khảo 85 phụ lục tính toán 86 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Trang 1 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội mở đầu 1. Giới thiệu về công trình cầu Vĩnh Tuy: Cầu Vĩnh Tuy bắc qua sông Hồng, nằm khoảng giữa hai cầu Ch ơng D ơng và cầu Thanh Trì, nhằm giảm tải mối quan hệ đi lại hiện nay giữa hai phần tả hữu ngạn sông Hồng và quan hệ vận tải giữa hai vùng Nam - Bắc Hà Nội với các tỉnh phía Bắc và Đông Bắc đang tập trung qua cầu Ch ơng D ơng với mật độ giao thông đang ngày càng vựot quá khả năng l u l ợng của cầu. Cầu Vĩnh Tuy đ ợc xây dựng cũng ghóp phần quan trọng trong phục vụ vận tải giữa nội đô, nối hai bờ sông Hồng giữa các quận nội đô với quận Long Biên, Gia Lâm đang phát triển Cầu Vĩnh Tuy bắc qua sông Hồng nằm trên vành đai II, thuộc địa phận hai quậnHai bà Tr ng và Long Biên - Thành phố Hà Nội. Điểm đầu dự án cách ngã ba Minh Khai - ph ờng Minh Khai khoảng 275m. Điểm cuối dự án vựot qua Quốc lộ 5 khoảng 400m về phía khu đô thị Sài Đồng. Toàn bộ dự án cầu Vĩnh Tuy dài khoảng 8493m. Trong đó phần tuyến chính dài 5830m với hai cầu Vĩnh Tuy v ợt sông Hồng dài 3778m và cầu v ợt Quốc lộ 5 dài 364m, các cầu nhánh và tuyến hai đầu cầu dài 1690m. Ngoài ra còn có các tuyến liên quan nh Thạch Bàn-Long Biên dài 1037m, tuyến đê Hữu Hồng dài 847m và tuyến Quốc lộ 5 dài 779m. 2. Mục đích nghiên cứu Dự án xây dựng cầu Vĩnh Tuy và tuyến đ ờng hai đầu cầu đ ợc khẩn tr ơng thi công, nhằm thông xe công trình vào quí I - 2008. Tuy nhiên, vấn đề đảm bảo tiến độ và chất l ợng thi công đ ờng đầu cầu trở thành vấn đề cấp bách. Một trong những vấn đề thiết kế và thi công phức tạp nhất của hệ thống đ ờng dẫn đầu cầu Vĩnh Tuy đó là việc xử lý nền đ ờng đắp trên nền đất yếu, nhằm giải quyết hiện t ợng nền đ ờng tiếp tục phải chờ lún khi đã đ a vào khai thác. Mục tiêu của luận án là đ a ra các giải pháp trong thiết kế và thi công để đảm bảo chất l ợng xây dựng đ ờng dẫn cầu Vĩnh Tuy theo đúng tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu của dự án. Vì vậy: Tên đề tài là: Các giải pháp trong thiết kế và thi công để đảm bảo chất l ợng xây dựng đ ờng dẫn cầu Vĩnh Tuy Ph ơng pháp nghiên cứu chính là sử dụng các ph ơng pháp thiết kế tính toán của cơ học đất kết hợp với xem xét các giải pháp th ờng dùng, tính toán và so sánh với các giải pháp truyền thống áp dụng trong dự án cầu Vĩnh Tuy, từ đó rút ra các giải pháp thiết kế và thi công đ ợc áp dụng vào công trình. Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Trang 2 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội ch ơng 1 khái quát về dự án xây dựng cầu vĩnh tuy và hệ thống đ ờng dẫn đầu cầu Dự án xây dựng cầu Vĩnh Tuy đ ợc UBND Thành phố Hà Nội phê duyệt tại quyết định số 398/QĐ-UB ngày 14/01/2005, theo các nội dung chủ yếu sau: 1.1 Mục tiêu đầu t : - Đầu t xây dựng cầu Vĩnh Tuy nhằm giải quyết nhu cầu bức xúc về giao thông nội đô và giao thông qua sông Hồng ngày càng tăng của khu vực, góp phần hoàn thiện quy hoạch đ ờng vành đai II và phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế xã hội khu vực phía Bắc sông Hồng của Thành phố Hà Nội theo quy hoạch phát triển Thủ đô đã đ ợc Thủ t ớng chính phủ phê duyệt. 1.2 Địa điểm xây dựng: - Phía bờ Nam: Ph ờng Vĩnh Tuy, Thanh L ơng thuộc Quận Hai Bà Tr ng; Ph ờng Vĩnh H ng, quận Hoàng Mai; - Phía bờ Bắc: Thôn Trạm, Ph ờng Sài Đồng thuộc Quận Long Biên - Thành phố Hà Nội. - Điểm đầu: Phía bờ Nam là ph ờng Vĩnh Tuy, Thanh L ơng thuộc quận Hai Bà Tr ng, cách ngã ba dốc Minh Khai khoảng 275m về phía cầu Mai Động (thuộc quận Hai Bà Tr ng) - Điểm cuối: Phía bờ Bắc là ph ờng Sài Đồng thuộc Quận Long Biên v ợt qua Quốc lộ 5 và đ ờng sắt Hà Nội - Hải Phòng tại Km2+630 (lý trình QL5) và kết nối với đ ờng nội bộ của khu công nghiệp Sài Đồng thuộc Quận Long Biên. 1.3 Diện tích chiếm đất của dự án: Khoảng 42 ha 1.4 Tiêu chuẩn kỹ thuật và năng lực thiết kế của dự án: 1.4.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng: - Việc thi công xây dựng công trình đảm bảo tuân thủ theo tiêu chuẩn, quy chuẩn thiết kế hiện hành: + Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-01 + Quy chuẩn xây dựng Việt Nam 2000 + Quy phạm tính toán các đặc tr ng thuỷ văn thiết kế QP.TLC-6-77 của Bộ Thuỷ Lợi 1979. + Tính toán các đặc tr ng dòng chảy lũ 22TCN 220-95 + Quy phạm AASHTO 98 + Quy phạm CEB-FIP 1990 + Quy trình móng cọc CHUII2-02-03-85 + Tiêu chuẩn thiết kế đ ờng ô tô 22TCN 273-01 + Quy phạm thiết kế đ ờng ô tô cao tốc TCVN 5729-1997 + Đ ờng ô tô - Yêu cầu thiết kế TCVN 4054-1998 + Quy phạm TK đ ờng phố, đ ờng quảng tr ờng đô thị 20TCN-104-83 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Trang 3 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội + Quy phạm thiết kế áo đ ờng mềm 22TCN-211-93 + Quy phạm thiết kế áo đ ờng mềm 22TCN-274-01 + Quy phạm thiết kế áo đ ờng cứng 22TCN-223-95 + Tham khảo các quy trình n ớc ngoài AASHTO(Mỹ), JIS (Nhật) + Kích th ớc tuynen kỹ thuật TCN 19-84-BNL + Tiêu chuẩn thiết kế mạng l ới thoát n ớc 22TCN 51-84 + Quy phạm thiết kế t ờng chắn đất QP 23-65 + Điều lệ báo hiệu đ ờng bộ 22TCN 237-97 và 22TCN 237-01 + Tiêu chuẩn thiết kế mạng l ới thoát n ớc bên ngoài CT 22TCN 51-84 + H ớng dẫn thiết kế thoát n ớc AASHTO 1986, 1992 (Hightway Drainage Guidelines-1986,1992) + Và các tiêu chuẩn hiện hành khác. - Các yêu cầu thiết kế của dự án: + Cầu đ ợc thiết kế vĩnh cửu bằng BTCT và BTCT dự ứng lực. + Tải trọng thiết kế: Hoạt tải HL-93 theo 22TCN-272-01 + Tần suất lũ thiết kế: P = 1% + Cấp động đất: Cấp 8 (theo bảng kê cấp động đất dự báo ở các tỉnh, thành phố trên lãnh thổ Việt Nam) + Tĩnh không thông thuyền: Chiều cao khoang thông thuyền H=10m, chiều rộng khoang thông thuyền B=80m, mực n ớc thông thuyền: H 5% = 12,58m + Tĩnh không d ới cầu: * Phạm vi v ợt đ ờng trên đê Tả Hồng và Hữu Hồng: H=4,5m * Phạm vi v ợt đ ờng tại ngã ba Minh Khai : H=4,75m * Cầu v ợt Quốc lộ 5: Đảm bảo tĩnh không v ợt đ ờng sắt H=6m, đ ờng bộ H=4,75m + Các tiêu chuẩn khác: * Tốc độ thiết kế trên tuyến: V=60 km/h * Tốc độ thiết kế tại các nút giao cùng mức V= 40km/h 1.4.2 Năng lực thiết kế: Tổng chiều dài toàn tuyến và cầu v ợt sông khoảng 5830m, trong đó: - Cầu chính: + Tổng chiều dài đến đuôi hai mố phía th ợng l u L=3778m. + Chiều dài cầu v ợt quốc lộ 5: 364m + Chiều dài tuyến chính hai đầu cầu: 1688m - Chiều dài các tuyến đ ờng nhánh và đ ờng gom liên quan: + Tuyến đ ờng đê Nguyễn Khoái: 874m + Tuyến Long Biên - Thạch Bàn : 1037m + Tuyến QL5 (phạm vi nút giao): 779m - Quy mô mặt cắt ngang phần cầu chính: + B=38,5m đ ợc đầu t thành 2 giai đoạn gồm 6 làn xe cơ giới, 2 làn xe tổng hợp và 2 lề đ ờng đi bộ. Giai đoạn 1 của dự án thực hiện 1/2 cầu chính có mặt cắt [...]... và dọn sạch lỗ), rót đá làm cọc và độ sâu, lượng nước xói, áp lực nước, lượng đá dăm rót vào lỗ ) Kinh nghiệm cho thấy Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội Trang 24 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật các thông số thi t kế và các thông số liên quan đến việc khống chế thi công là các chỉ tiêu để điều khiển việc thi công cột ba lát Các loại máy thi công. .. chất để xác định phạm vi phun trộn và số cọc làm thí nghiệm để xác định quy trình công nghệ làm cọc Thường thì số cọc làm thử tối thi u là 5 cọc Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội Trang 26 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Việc cứng hóa và lượng chất liên kết sử dụng trong quá trình thi công thực tế phải thông qua thí nghiệm trong phòng thi t kế. .. lát Các loại máy thi công chủ yếu là cần cẩu, thi t bị chấn động và xói mòn nước, máy san và bơm Thi t bị chấn động phải thích ứng với đường kính, chiều dài cột và khoảng cách giữa vị trí thi công và các công trình kiến trúc hiện hữu Phải có thi t bị cấp nước thích hợp, áp lực nước từ 400-600kPa, lưu lượng từ 20-30m3/h Quá trình công nghệ thi công như sau: - San bằng mặt đất bố trí thi t bị xói chấn động... H=4.75m - Các công trình khác trên tuy n: + Đường gom dân sinh phía đê Tả Ngạn sông Hồng tạo trục liên thông + Đồng bộ hệ thống HTKT ô thị (cống thoát nước, tuynen kỹ thuật bố trí đường điện, điện thoại, cáp thông tin ) + Xây dựng các công trình phục vụ khai thác và các công trình phục vụ công tác bảo vệ, duy tu, bảo dưỡng 1.5 Nguồn vốn: - Ngân sách Thành phố đảm bảo phần kinh phí chuẩn bị đầu tư và kinh... dụng biện pháp đào thay đất trong những trường hợp sau: - Khi thời hạn đưa công trình vào sử dụng là rất ngắn thì đây là một giải pháp tốt để tăng nhanh quá trình cố kết - Khi các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ mà việc cải thi n nó bằng cố kết sẽ không có hiệu quả để đạt được chiều cao thi t kế của nền đắp - Khi độ thi t kế gần với cao độ thi n nhiên, không thể đắp nền đường đủ dày để đảm bảo cường... bày các biện pháp thường được sử dụng trong xây dựng nền đắp Khi áp dụng các biện pháp này phải nhằm đạt được hai mục tiêu: - Đảm bảo sự ổn định của nền đắp trong khi xây dựng - Đạt được một tốc độ lún phù hợp với thời gian thi công Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội Trang 13 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Khi áp dụng các biện pháp này, yêu cầu. .. chất dẻo được bọc bằng một lớp vỏ thoát nước và không bị các hạt đất làm tắc Trước khi thi công các đường thấm thẳng đứng (giếng cát hoặc bấc thấm) bắt buộc phải rải một lớp cát dày 50cm đến 1m trên nền đất yếu Lớp đệm này nhằm đảm bảo việc thoát nước trong quá trình cố kết, đồng thời bảo đảm cho các thi t bị thi công di chuyển trên đó Bấc thấm được cuộn thành cuộn và được ấn vào đất yếu bằng một thi t. .. đất không gia cố Kỹ thuật đất gia cố vôi đầu tiên được áp dụng và phát triển mạnh mẽ trong việc xây dựng các lớp móng đường Gần đây người ta áp dụng kỹ thuật này để cải thi n tính chất cơ lý của đất sét yếu trong nền thi n nhiên Trước đây người ta thường gia cố nền đất yếu bằng cọc vôi Để thi công cọc vôi, người ta đào (hoặc khoan) lỗ có đường kính 30-50cm cách nhau 2-5m rồi cho cục vôi chưa tôi vào... tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng: - Lượng hữu cơ có từ 20-30%: Đất nhiễm than bùn.; - Lượng hũu cơ có từ 30-60%: Đất than bùn - Lượng hữu cơ có trên 60%: Than bùn 2.2 Các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu Việc lựa chọn các kỹ thuật xây dựng đắp nền trên đất yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Thời gian yêu cầu để thi công các công trình - Biên độ các biến dạng cho phép sau khi đưa công trình vào... cọc Vũ Hồng Sơn - Lớp cao học Xây dựng công trình giao thông Khóa 12 Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội Trang 27 Luận án Thạc sỹ kỹ thuật Ưu điểm và tồn tại: Dễ thi công và có hiệu quả, tính toán phức tạp nhưng tin cậy, kỹ thuật đắt tiền, cần đơn vị thi công chuyên nghiệp 1 Một số giải pháp xử lý đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam: (Theo Quy trình khảo sát thi t kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu, 22TCN 262-