Häc viªn: ngun anh tn líp xdctgt k22.2 TiĨu ln môn học: địa kỹ thuật Học viên thực hiện: Tel: 0979.268.286 Ngun Anh Tn mail: kstuan911@gmail.com Líp : XDCTGT K22.2 Giáo viên: TS Nguyễn Đức Mạnh Tên đề tài tiểu luận: Phân tích nguyên nhân, xác định yếu tố ảnh hưởng, tính toán sơ lập phương án xử lý điểm cố lún đường đất yếu mặt cắt Km227+600.00 dự án đường cao tốc Cầu Giẽ Ninh Bình Học viªn thùc hiƯn Ngun Anh Tn Häc viªn: ngun anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Phần mở đầu Với đặc thù dự án công trình giao thông, đặc biệt với dự án đường cấp cao dự án đường cao tốc thường xuyên phải qua vùng địa chất chất phức tạp, thường gặp vïng ®Êt yÕu Khi tuyÕn ®­êng ®i qua vïng ®Êt yếu đòi hỏi công tác khảo sát, thiết kế, thi công nghiệm thu phải chặt chẽ Hiện Thế giới Việt Nam có nhiều công nghệ xử lý đất yếu như: phương pháp cọc cát (SD) với gia tải trước, phương pháp bấc thấm (PVD) với gia tải trước, phương pháp PVD với bơm hút chân chông (VCM) gia tải trước, phương pháp cọc xi măng đất, Mỗi phương pháp đòi hỏi quy trình kiểm soát thi công nghiệm thu khác để để giảm tối đa cố, hư hỏng công trình xây dựng đất yếu Trong phạm vi đề tài Em xin trình bầy nguyên nhân, yếu tố ảnh hưởng, tính toán sơ lập phương án xử lý điểm lún đường đắp đất yếu mặt cắt Km227+600.00 dự án cao tốc Cầu Giẽ Ninh Bình Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Phần I: giới thiệu chung dự án I Giới thiệu chung Dự án đường cao tốc Cầu Giẽ Ninh Bình Km210+000 QL1A thuộc xã Đại Xuyên, huyên Phú Xuyên, Tỉnh Hà Tây cũ (nay Hà Nội) đến QL10 thuộc xã Yên Quang, huyên ý Yên, tỉnh Nam Định Tổng chiều dài tuyến 50km Gói thầu 3.1A 10 gói thầu dự án đường cao tốc Cầu Gĩe Ninh Bình Hướng tuyến gói thầu cắt qua xã Tiên Hiệp xã Tiên Hải thuộc huện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam có chiều dài L=2180.785m II Quy mô dự án: Chiều dài tuyến Phạm vi gói thầu số 3.1A (gồm toàn đường chính, đường đầu cầu BTN mặt cầu: TL 9710, Châu Giang ): + Điểm đầu : Km 227 + 500 thuộc địa phận xã Tiên Hiệp huyện Duy Tiên tỉnh Hà Nam + Điểm cuối : Km 229 + 841.866 thuộc địa phận xã Tiên Hải huyện Duy Tiên tỉnh Hà Nam + Chiều dài tuyến : L = 2180.785m Quy mô đầu tư: + Đường cao tốc: - Loại đường : Đường cao tốc loại A - Cấp đường : 120 - vận tốc thiết kế 120Km/h + Đường 971 mới: - Loại đường : Đường cấp II đồng - Cấp đường : 80 - vận tốc thiết kế 80Km/h + Đường nhánh: Tất đường nhánh nút Liêm Tuyền thiÕt kÕ víi vËn tèc tèi thiĨu 60Km/h ChiỊu réng nỊn ®­êng thay ®ỉi tõ 10.5 m ®Õn 21.0 m Mặt cắt ngang điển hình + Đường cao tốc: Được quy hoạch hoàn chỉnh cho xe ô tô cao tốc (nền đường 35.5m, mặt đường 32.5m) Giai đoạn I xây dựng mặt đường xe với mặt cắt ngang gồm: - Phần xe chạy (4 cao tèc) = 2x(2x3.75)=15.0 m - LÒ trång cá: = 2x1.0=2.0 m Tæng céng: = 28.0 m + KÕt cÊu dải dừng xe khẩn cấp (t xuống dưới): giống kết cấu phần mặt đường cao tốc lớp CPĐD loại II dày 27cm Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Quy mô tiªu chuÈn kü thuËt Tiªu chuÈn kü thuËt thiÕt kÕ Đơn vị Đường cao tốc Tên tiêu Đường gom Loại đường Cao tốc loại A N.Thôn loại A Tiêu chuẩn kiến nghị TCVN 5729-97 22TCN 210-92 Tốc độ tính toán Vtt km/h 100-120 20 Độ dốc siêu cao lớn nhÊt % B¸n kÝnh nhá nhÊt Rmin m 450 B¸n kÝnh nhá nhÊt m 650 15 B¸n kÝnh không cần cấu tạo siêu cao m 4000 100 Chiều dài đường cong chuyển tiếp ứng với Rmin m 210 Chiều dài đường cong chuyển tiếp ứng với bánm kính nhỏ thông thường 125 Chiều dài đường cong chuyển tiếp ứng với bánm kính có trị số ngoặc 1125 Chiều dài hãm xe (hay tầm nhìn dừng xe) m 230 20 Độ dốc dọc lên dốc lớn % §é dèc däc xng dèc lín nhÊt % 5,5 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu m 12 000 200 Bán kính đường cong đứng lâm tèi thiĨu m 000 100 BỊ réng nỊn ®­êng Bmin m 28 5.5 §é dèc ngang % §é dèc lÒ trång cá % 6 Häc viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Mặt cắt ngang điển hình xử lý đường: a) Mặt cắt ngang điển hình hoạn có cấu tạo siêu cao, đường gom trái kết hợp với bệ phản áp xử lý đất yếu: áp dụng cho đoạn: Km227+500 Km227+760 b) Mặt cắt ngang điển hình đoạn có đường gom bên trái kết hợp với bệ phản áp xử lý đất yếu: áp dụng cho đoạn: Km227+760 Km227+840 Km229+500 Km229+700 Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 c) Mặt cắt ngang điển hình đường đắp có bệ phản áp xử lý đất yếu: áp dụng cho đoạn: Km227+840 Km228+106.63 chi ti?t A-1 chi ti?t A-1 d) Mặt cắt ngang điển hình đường đắp có bệ phản áp xử lý đất yếu có cấu tạo siêu cao: áp dụng cho đoạn: Km228+106.63 Km228+225 e) Mặt cắt ngang điển hình đoạn có đường có siêu cao đường gom bên trái: áp dụng cho đoạn: Km228+225 Km229+004.16 f) Mặt cắt ngang điển hình đoạn đường đắp có đường gom bên trái: áp dụng cho đoạn: Km229+004.16 Km229+500 g) Mặt cắt ngang điển hình đắp có bệ phản áp: áp dụng cho đoạn: Km229+500 Km229+841.86 Học viªn: ngun anh tn líp xdctgt k22.2 ThiÕt kÕ kết cấu mặt đường phần xe chạy Bê tông nhựa tạo nhám Bê tông nhựa hạt Bê tông nhựa hạt trung t= 3cm t= 5cm t= 7cm đá dăm đen t= 10cm Cấp phối đá dăm loại I t= 27cm Cấp phối đá dăm loại II t= 27cm K98 t= 30cm III đặc điểm địa hình, địa mạo: Đặc điểm địa hình Đoạn tuyến nằm vùng đồng Đông Bắc Bộ, thuộc địa phận tỉnh Hà Nam Địa hình khu vực tương đối phẳng, bề mặt địa hình bị phân cắt sông Châu Giang hệ thống kênh mương thuỷ lợi Thành tạo nên bề mặt địa hình trầm tích Đệ tứ bao gồm: sét, sét pha, cát pha Đặc điểm địa tầng Địa tầng khu vực nghiên cứu mô tả theo thứ tự từ xuống bao gồm lớp đất sau: Lớp đất trồng trọt đất đắp (Đ): Thành phần chủ yếu sét pha, cát pha lẫn sạn, phân bố bề mặt địa hình phạm vi đường Lớp số 2: Sét màu nâu, xám nâu, loang lổ trạng thái dẻo chảy đến dẻo cứng Lớp số 3: + Phơ líp 3a: bïn sÐt pha xen kĐp c¸c líp sét, bột mỏng màu xám xanh, nâu Phân bố tõ Km 227+500 ®Õn Km 229+500 + Phơ líp 3b: Sét pha lẫn hữu màu xám đen, xám nâu, trạng thái dẻo chảy, xen kẹp dải mỏng cát hạt nhỏ, hạt mịn Lớp số 4: Cát hạt vừa màu nâu xám, xám trắng, xám vàng, kết cấu rời rạc đến rời rạc, bão hoà nước, gặp số lỗ khoan cấu Châu Giang Lớp số 5: Cát hạt nhỏ, cát bụi lẫn sỏi sạn, màu xám, rời rạc đến chặt vừa, bão hòa n­íc − Líp sè 6: + Phơ lãp 6a: Bïn cát pha xen kẹp cát hại nho màu xám xanh, xám nâu Phụ lớp nằm phụ lớp 3a 2c + Phụ lớp 6b: Cát pha màu xám nâu, xám xanh trạng thái dẻo Lớp số : Häc viªn: ngun anh tn líp xdctgt k22.2 + Phụ lớp 7a: Bùn sét pha, màu xám náu, lẫn hữu Lớp phân bố cục đoạn Km 229+680 đến Km230+500 Chiều dày lớp thay ®ỉi tõ 4,40m cho ®Õn 13,70m C­êng ®é quy ­íc R'1), mô đun biến dạng nhỏ (thường E0=50daN/cm2), khả kháng cắt yếu Một số đặc trưng đất yếu: Khả chịu tải: 0,5kG/cm2 1kG/cm2; Mô đun tổng biến dạng E01; Hệ số nén tương đối: a0>0,05-0,1 cm2/kG; Góc nội ma s¸t: ϕ = 5−100; Lùc dÝnh: C=0,05 – 0.1kG/cm2 II Các vấn đề đắp đất yếu: Các yêu cầu khảo sát phục vụ thiết kế: Phải điều tra xác định phạm vi phân bố vùng đất yếu phân bố, chiều sâu, nguồn gây ẩm, khả thoát nước, Lấy mẫu tiến hành thí nghiệm phòng thí nghiệm trường để xác định loại đất yếu, chi tiêu phục vụ cho tính toán Các yêu cầu thi công: Về ổn định: đắp đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại trượt trồi trình thi công xây đắp suốt trình đưa vào khai thác sử dụng sau Về tính toán lún: ( độ lún dư - độ lún sau thi công): tính toán dự báo độ lún tổng cộng kể từ hết lún hết hoàn toàn để đắp phòng lún Xác định tải trọng tính toán: Tải trọng tính toán kiểm tra ổn định dự báo lún đất như: tải trọng đắp nền, đắp gia tải trước, tải trọng xe cộ, tải trọng đất, Các tiêu chuẩn thiết kế: Quy trình kỹ thuật thi công nghiệm thu bấc thấm xây dựng đường đất yếu 22TCN 236-97 Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bấc thấm xây dựng đường 22TCN 244-98 Vải địa kỹ thuật xây dựng đắp đất yếu tiêu chuẩn thiết kế thi công nghiệm thu 22TCN248-98 Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yÕu – tiªu chuÈn thiÕt kÕ 22TCN-2000 III ThiÕt kÕ giếng cát: Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Khái niệm: Giếng cát biện pháp xử lý đất yếu, có tác dụng thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh trình cố kết, làm cho độ lún nhanh chóng ổn định, làm tăng sức chịu tải phụ Cơ sở tính toán thiết kế giếng cát Cấu tạo giếng cát gồm có ba phận hệ thống giếng cát, cát đệm lớp gia tải a Đệm cát: Có nhiệm vụ tạo điều kiện cho công trình lún đều, chiều dày lớp đệm cát tính theo công thức kinh nghiệm: hđ= S+(0.3 - 0.5m) Trong đó: hđ: chiều dày lớp đệm cát; S: độ lún tính toán đất b Lớp gia tải: Xác định chiều cao lớp gia tải: h=/ Trong đó: : áp lực tải trọng Rtc hay qat Rtc tính với đất yếu =0 đất đắp mặt đất nên h=0; Rtc=c Nếu điều kiện không thỏa mãn phải đắp lớp gia tải nhiều lần dùng bệ phản ¸p Qat=π.(γh+2c.ctgϕ)/(ctgϕ+ϕ-π/2)+ γh c GiÕng c¸t: §­êng kÝnh giÕng c¸t dc=35-45cm, chiều dài giếng thường lấy chiều sâu chịu nén cực hạn đất móng: Móng đơn: lgy2-3b (b: chiều rộng móng) Móng băng: lgy4b Móng bè: Nếu đất yếu có gốc đất loại sét, lg 9m+0.15b Nếu đất yếu có gốc đất loại cát, lg6m+0.10b Khoảng cách giếng cát: phụ thuộc vào đường kính giếng cát tốc dộ cố kết đất Theo kinh nghiệm, khoảng cách c¸c going c¸t tõ 1,0 – 5,0m, d TÝnh biÕn dạng nền: Độ lún chưa cã giÕng c¸t: S=  e1đ − e2 đ   + e1đ  h  Trong ®ã: e1® ; e2đ ; hệ số rỗng đất xung quanh giếng cát trước sau có tải trọng h: chiều dày lớp đất yếu có giếng cát Khi đất có nhiều lớp khác dùng phương pháp tổng độ lún để xác định 10 Học viên: ngun anh tn líp xdctgt k22.2 − §é lón cđa có giếng cát, xác định theo công thức kinh nghiƯm cđa Evgenev: S=  e1đ − e2 đ d c2   − h L   + e0 Trong đó: eo: hệ số rỗng đất trạng thái tự nhiên; ep: hệ số rỗng đất có tải trọng ngoài; dc: đường kính going cát; L: khoảng cách trục giếng cát; H: chiều dày lớp đất có giếng cát; − §é lón theo thêi gian: St = mv h[q − Pn ( z , r , t )] + e1 − Møc ®é cè kÕt: Ut = P ( z, r , t ) St = − M z M r = 1− n q S Trong công thức trên: mv: hệ số nén đất; e1: hệ số rống ban đầu đất; q: tải trọng bố công trình; Pn(z,r,t): áp lực nước lỗ rỗng; h: chiều dày lớp đất có giếng cát 11 Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Phần iII: Phân tích nguyên nhân, xác định yếu tố ảnh hưởng, tính toán sơ lập phương án xử lý lún mặt cắt km227+600 I Các thông tin thiết kế thi công mặt cắt Km227+600.00 Thông tin thiết kế Đoạn tuyến Km227+500 Km228+070 nằm đoạn đường xử lý đất yếu giếng cát Tại mặt cắt km227+600.00 thiết kế sau: - Vét bùn, đào hữu cơ: 0.3m - Trải vải địa kỹ thuật không dệt 12 kN/m - Đắp trả cát đến cao độ tự nhiên - Lắp đặt thiết bị quan trắc lún - Đắp trả, đắp cát đen K90: 1,12m - Đắp cát hạt trung: chia làm giai đoạn, giai đoạn đắp 0.4m, giai đoạn đắp 0.2m (sau thi công xong giếng cát); - Thi công giếng cát (chiều sâu 19,0m; khoảng cách 2,0m) sau đắp giai đoạn 0,4m cát hạt trung; - Đắp cát hạt trung 0,2m - Đắp cát ®en K95 giai ®o¹n 1: 2,28m - Chê lón giai đoạn 1: 145 ngày - Đắp cát đen K95 giai ®o¹n 2: 2,40m - Chê lón giai ®o¹n 2: 60 ngày - Dỡ tải đến cao độ đáy K98 - Thi công K98, Cp1, Cp2, BTN mặt đường Ghi chú: Tốc độ đắp đường 10cm/ ngày; thời gian thi công đắp 169 ngày Độ lún thiết kế tim đường Km227+600 0,75m 12 Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Thông tin thi công: - Trong trình thi công Nhà thầu thi công trình tự theo thiết kế tuân theo tiêu chuẩn thi công nghiệm thu dự án Tuy nhiên nguyên nhân khách quan khác dẫn đến chất lượng thi công không đảm bảo - Độ lún thực tế tim đường Km227+600 0,75m II Tính toán sơ bộ: Tính toán phương án xử lý đất yếu - Với thông số nói : Trọng lượng riêng 0=1840 (t/cm3); Góc nội ma sát =280 - Nền đường xử lý giếng cát kết hợp vải địa không dệt; giếng cát có đường kính D=0.4m, chiều dài 19m, khoảng cách giếng cát 2x2m; đường đắp thành giai đoạn, tổng chiều cao đắp 6,40m; bệ phản áp bên rộng 13m, cao 2m - Kết tính toán: o Hệ số ổn định Fs: 1,602 o Độ cố kết (%) 80,6 o Độ lún lại(cm) 15,7 o Chiều dày bù lún (m) 0,75 So sánh kết tính toán độ lún thiết kế độlún quan trắc thực tế thi công - Độ lún thiết kế 0,75m < độ lún thi công 0,80m 5cm III Phân tích nguyên nhân yếu tố ảnh hưởng Các nguyên nhân gây lún: - Xử lý vét bùn, hữu chưa gọn gàng triệt để: khó kiểm soát toàn công tác nghiệm thu cao độ kích thước theo vẽ; công tác vận chuyển 13 Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 thải không gọn gàng, đất thải sau vét bỏ Nhà thầu không vận chuyển đổ bỏ phạm vi thi công công trường; - Tốc độ đắp đường nhanh không tuân theo quy định gây lún cục vượt tốc độ cố kết đường; - Công tác thi công, giải phóng mặt không đồng nhất: tạ vị trí thi công phạm vi giải mặt chưa đủ; - Công tác thi công không gọn gàng trình tự: thi công chưa tuân theo tiêu chuẩn dẫn kỹ thuật, trình tự chưa tuân theo biện pháp thi công đề ra, hạng mục thi công chồng lấn gây tượng biến dạng, dịch chuyển không đồng nhất; - Điều kiện thời tiết: mưa nhiều ngấm vào lớp cát làm tăng tải trọng gây lún, ảnh hưởng tiến độ chất lượng thi công - Vật liệu: chất lượng vật liệu chưa đồng đảm bảo theo tiêu chuẩn dự án - Thời gian thi công: kéo dài so với thiết kế ban đầu, làm giảm tác dụng hệ thống giếng cát, ảnh hưởng đến tượng cố kết đường Các yếu tố ¶nh h­ëng lón: - Các nguyên nhân thuộc nhóm yếu tố tự nhiên gồm có: khả lún, trượt lớp đất đá móng cơng trình tượng địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn, co giãn đất đá, thay đổi điều kiện thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm mực nước ngầm - Nhóm yếu tố người bao gồm: ảnh hưởng trọng lượng thân cơng trình, thay đổi tính chất lý đất đá việc quy hoạch cấp thoát nước, sai lệch khảo sát địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn, q trình suy yếu móng thi cơng cơng trình ngầm lòng đất, ảnh hưởng việc xây dựng cơng trình lân cận khác, rung động móng vận hành máy giới tác động phương tin giao thụng IV Phương án xử lý: Tăng chiều dày lớp cát bù lún 5cm kết hợp với quan trắc kiểm tra độ lún cố kết trình khai thác mặt cát Km227+600 14 Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Tính toán phương án xử lý: - Giả định tăng chiều dầy lớp đắp tính ngược lại độ lún dư hệ số ổn định đất yếu Độ lún dư phải đảm bảo S 20cm; Hệ số ổn định trình thi công Fs 1,20 (theo phương pháp Bishop) Hệ số ổn định trình khai thác Fs 1,40 (theo phương pháp Bishop) Kết luận: Phương án đảm bảo vấn đề ổn định, độ lún d­, ®é cè kÕt nỊn ®­êng 15 ... giếng cát: Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 Khái niệm: Giếng cát biện pháp xử lý đất yếu, có tác dụng thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh trình cố kết, làm cho độ lún nhanh chóng ổn định,... chuyển 13 Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 thải không gọn gàng, đất thải sau vét bỏ Nhà thầu không vận chuyển đổ bỏ phạm vi thi công công trường; - Tốc độ đắp đường nhanh không tuân theo... phản áp xử lý đất yếu: áp dụng cho đoạn: Km227+760 Km227+840 Km229+500 Km229+700 Học viên: nguyễn anh tuấn lớp xdctgt k22.2 c) Mặt cắt ngang điển hình đường đắp có bệ phản áp xử lý đất yếu: áp