ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---WX-- 
 

NGUYỄN HOÀNG DUNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ THAY THẾ
NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG BẰNG VẬT LIỆU
NHẸ ĐỊA KỸ THUẬT (GEOFOAM)

Chuyên ngành : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ & ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Mã số ngành : 60.58.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2010

 
 


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS. NGUYỄN MINH TÂM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. LÊ ANH TUẤN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày..........tháng..........năm 2010


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT XY DỰNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

WXWX

-------o0o------TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : NGUYỄN HOÀNG DUNG
Ngày tháng năm sinh : 16/03/1972
Chuyên ngành : Đường ơtơ & đường Thành phố
Khóa: 2009

Phái: Nam
Nơi sinh : Long An

Mã số ngành : 60.58.30
Mã số HV : 09011005

1. Tên đề tài
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ THAY THẾ NỀN ĐƯỜNG GIAO
THÔNG BẰNG VẬT LIỆU NHẸ ĐỊA KỸ THUẬT (GEOFOAM)
2. Nhiệm vụ Luận văn
2.1. Nhiệm vụ
2.2. Nội dung
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan và các ứng dụng của vật liệu geofoam
Chương 2: Cơ sở khoa học tính tốn và thiết kế nền đường sử dụng geofoam.
Chương 3: Thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu chính đối với vật liệu EPS
hiện có ở Việt Nam.
Chương 4: Ứng dụng geofoam cho nền đường cơng trình cầu văn thánh 2 và
đánh giá hiệu quả kinh tế.
Kết luận và kiến nghị
3. Ngày giao nhiệm vụ:

ngày ...... tháng ...... năm 2010.

4. Ngày hoàn thành:

ngày ...... tháng ...... năm 2010.

5. Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tâm, TS. Lê Anh Tuấn.
Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. NGYỄN MINH TÂM

TS. LÊ ANH TUẤN

TS. LÊ BÁ KHÁNH

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp này được hoàn thành không những từ nỗ lực của
bản thân học viên mà cịn nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình và giúp đỡ của quý
thầy cô, đồng nghiệp cùng bạn bè thân hữu.
Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ mơn Cầu đường
bộ, bộ mơn Địa cơ nền móng, bộ mơn vật liệu đã nhiệt tình giảng dạy tất cả
chúng em trong suốt thời gian qua, đồng thời đã quan tâm giúp đỡ, tạo mọi
điều kiện tốt nhất trong giai đoạn thực hiện Luận văn của học viên.
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Nguyễn Minh
Tâm, Tiến sĩ Lê Anh Tuấn, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong thời
gian học viên thực hiện Luận văn và luôn quan tâm, động viên về tinh thần
cũng như vật chất, giúp cho học viên có thêm tự tin để tiếp thu những kiến
thức mới hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công tác sau này.
Xin cảm ơn các bạn học viên cùng lớp Đường ôtô và đường thành phố
K2009, những người đã luôn kề vai sát cánh trong suốt thời gian học tập.
Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động
viên, giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn.
Học viên


Nguyễn Hoàng Dung


TÓM TẮT: Nghiên cứu giải pháp gia cố thay thế nền đường giao thông
bằng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật (GEOFOAM)
The study on Soft Soil Improvement Method by Using Geofoam Material
in Viet Nam Tsransportation System
Vật liệu nhẹ Geofoam được sử dụng khá nhiều trên thế giới trong các
cơng trình xây dựng, nhất là trong lĩnh vực cơng trình giao thơng. EPS là một
dạng vật liệu geofoam với nhiều ưu điểm có thể áp dụng vào việc thi cơng nền
đường như khối lượng thể tích rất nhỏ, dễ vận chuyển, dễ chế tạo, thân thiện
mơi trường. Bên cạnh đó, tại Việt Nam EPS được dung trong các cơng trình
xây dựng làm tấm vách ngăn, cách nhiệt, cách âm và tấm 3D v.v... Tuy nhiên
cho đến nay, việc sử dụng vật liệu EPS áp dụng vào các cơng trình nền đường
giao thơng Việt Nam vẫn cịn rất hạn chề. Vì thế nội dung chính của luận văn
này là nghiên cứu ứng dụng vật liệu EPS như là vật liệu nền đường cho các
cơng trình giao thơng tại Việt Nam.
Để thực hiện nội dung này, các phương pháp truyền thống tính tốn
đánh giá ổn định nền đường cũng như phương pháp tính tốn đánh giá ổn định
của GPS đã được tìm hiểu dựa trên các kết quả nghiên cứu trước để làm cơ sở
tính tốn so sánh hiệu quả kinh tế của các giải pháp kỹ thuật đề nghị từ đó đúc
kết ra các kết luận. Đồng thời, một chuổi các thí nghiệm trong phòng cũng đã
được thực hiện trên vật liệu EPS nhằm tìm hiểu rỏ các đặc tính của vật liệu này
cũng như các yếu tố ảnh hướng đến chúng từ đó làm cơ sở cho việc tính tốn
thiết kế hợp lý hơn.
Qua kết quả nghiên cứu tính tốn cho cơng trình cầu Văn Thánh II tại
TPHCM nhận thấy rằng giải pháp sử dụng vật liệu EPS cho nền đường có thể
áp dụng được và đãm bảo cả về ổn định lẫn hiệu quả kinh tế. Qua so sánh với
phương pháp xử lý cầu cạn truyền thống, phương pháp sử dụng EPS giảm thời
gian thi công và giảm giá thành công trình xuống từ 20% đến 30%. Thêm nữa

từ các kết quả thí nghiệm, tính chất vật liệu EPS ổn định thể tích ở nhiệt độ
400C, có khối lượng thể tích rất nhỏ, cường độ chịu nén đạt giá trị 22 – 27 Kpa,
cường độ chịu uốn đạt giá trị 45 Kpa và modun đàn hồi là 250 – 270 Kpa.


Abstract
Geofoam is known as materials for construction and transportation in
many countries. EPS is kind of geofoam with many advantages such as low
density, easy manufacturing, delivery and environment etc. Also, EPS has been
used as materials for wall, heat resistant panel, 3D panel ect . in Vietnam.
However, application of EPS in transportation construction is still limitted so
far. Therefore, this research is conducted to find out the suitable method to
apply in transportation in Vietnam.
To perform this content, comment methods used to calculate and
evaluate the stabilization of embankment as well as new calculation method for
EPS material are made overview. Concurrently, a series of testing on EPS
material were conducted to learn in detail the characteristics of EPS as well as
influenced factors.
The using EPS for pavement is observed the economical efficient and
stabilitation by application on Van Thanh II bridge. It can be reduce duration
and the cost up to30% to compare to traditional design method. From the
experienment, the EPS has the characteristics such as stable volume at 400C, 22
– 27 Kpa compressive strength, 45 Kpa flexural strength and 250-270 Kpa
elastic modulus.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 01
1- TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 01
2- MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 03

3- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 03
3.1- Phương pháp lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .03
3.2- Phương pháp thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 04
4- Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 04
5- PHẠM VI NGHIÊN CỨU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 04
6- HẠN CHẾ CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 05
7- HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .05

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA
VẬT LIỆU GEOFOAM
I.1-GIỚI THIỆU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 06
I.1.1 Lịch sử sử dụng vật liệu EPS trong công trình giao thơng . . . . . . . . . . . . . . . . . .06
I.1.2 Tính chất của vật liệu EPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 07
I.1.3 Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật dùng trong một số cơng trình điển hình . . . . . . . . . . . . 08
I.2-TÌNH HÌNH SỬ DỤNG GEOFOAM TRÊN THẾ GIỚI . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
I.3-TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU NHẸ VÀ GEOFOAM Ở VIỆT NAM . .17
I.4-NHỮNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN ĐẤT
YẾU HIỆN ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM . . . . . . . . . .18


I.4.1- Các biện pháp liên quan đến việc bố trí xây dựng cùng với nền đắp dưới tác dụng
của thời gian hoặc tải trọng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
I.4.1.1- Đào và thay thế đất yếu bằng vật liệu có khả năng chịu lực tốt . . . . . . . . . . . 20
I.4.1.2- Thi công theo giai đoạn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
I.4.1.3- Bệ phản áp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
I.4.1.4- Vải địa kỹ thuật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
I.4.2- Các biện pháp xử lý bản thân nền đất yếu dưới nền đường . . . . . . . . . . . . . . . . 23
I.4.2.1- Các biện pháp xử lý bản thân nền đất yếu bằng đường thấm thẳng đứng . . . . 23
I.4.2.2- Giếng cát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

I.4.2.3- Bấc Thấm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
I.5-KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

CHƯƠNG II
CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ NỀN
ĐƯỜNG SỬ DỤNG GEOFOAM
II. 1- CƠ SỞ KHOA HỌC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
II.1.1-CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
II.1.1.1- Tính Tốn Ổn Định Tổng Thể . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
II.1.1.1.1- Phương pháp mặt trượt trụ tròn Fellenius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
II.1.1.1.2- Phương pháp mặt trượt trụ tròn A.W.Bishop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
II.1.1.2- Tính Tốn Ổn Định Cục Bộ (Ổn Định Cường Độ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
II.1.1.2.1- Tải trọng phân bố hình chử nhật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
II.1.1.2.2- Tải trọng phân bố hình thang hoặc tam giác . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
II.1.1.3- Tính Tốn Biến Dạng (Ổn Định Trượt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
II.1.1.4- Một số phương pháp khác. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34


II.1.1.5- Phương pháp phần tử hữu hạn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
II.1.1.5.1- Nguyên lý chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
II.1.1.5.2- Ứng dụng phần mềm FEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
II.1.1.6- Nhận xét . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
II.1.1.6.1- Về lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
II.1.1.6.2- Về thực tế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
II.1.2- TÍNH TỐN THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG SỬ DỤNG GEOFOAM . . . . . . . . . 39
II.1.2.1-Cơng Trình Nền Đường sử dụng Geofoam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
II.1.2.1.1-Đặc điểm chính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
II.1.2.1.2-Tính chất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
II.1.2.2- Quy trình Tính Toán theo Ban Nghiên Cứu Đường Bộ Mỹ . . . . . . . . . . . . . . 41
II.2- ĐẶT TÍNH CƠ HỌC VÀ VẬT LÝ CỦA GEOFOAM . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

II.2.1-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA EPS. . . . . . . . . . . 45
II.2.2- THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ MODUN ĐÀN HỒI . 45
II.2.3-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ HÚT NƯỚC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
II.2.4-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG THEO NHIỆT ĐỘ . . . . . . . . . . . . . .47
II.3- NHẬN XÉT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48


CHƯƠNG III
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHÍNH ĐỐI
VỚI VẬT LIỆU EPS HIỆN CĨ Ở VIỆT NAM
III.1- THÍ NGHIỆM TÍNH CHẤT VẬT LIỆU EPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
III.1.1- ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN THỂ TÍCH EPS . . . . . . . . . . . . . . 49
III.1.2- CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
III.1.3- CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
III.1.4- ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
III.1.5- MODUN ĐÀN HỒI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
III.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

CHƯƠNG IV
ỨNG DỤNG GEOFOAM CHO NỀN ĐƯỜNG CƠNG TRÌNH
CẦU VĂN THÁNH 2 VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ
IV.1-GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH VÀ ĐỊA CHẤT . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
IV.1.1-GIỚI THIỆU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
IV.1.2-ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
IV.1.2.1-Địa hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
IV.1.2.2-Địa chất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
IV.2-PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BAN ĐẦU . . . . . . . . . . . . . .61
IV.2.1-THIẾT KẾ ĐƯỜNG DẨN VÀO CẦU VĂN THÁNH 2 . . . . . . . . . . . . . . 61
IV.2.1.1- Thiết kế được duyệt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
IV.2.1.1.1- Về tuyến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

IV.2.1.1.2- Về kết cấu mặt đường . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
IV.2.1.1.3- Về mặt thiết kế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62


IV.2.1.2- Sự cố cơng trình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
IV.2.2- PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG MẤT ỔN ĐỊNH TẠI CƠNG TRÌNH . . . . .65
IV.2.2.1- Mất ổn định lún . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
IV.2.2.2- Mất ổn định trượt trồi chung cho cầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
IV.2.2.3- Chuyển vị của trụ đầu cầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
IV.2.2.4- Chuyển vị của đốt số 1 hầm chui . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
IV.2.2.5- Sự sụp đổ của các vách tường bao che hai bên mang cầu . . . . . . . . . . . .66
IV.2.3- CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
IV.2.3.1- Nhóm giải pháp 1: Xử lý nền . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
IV.2.3.2- Nhóm giải pháp 2: Làm cầu cạn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
IV.2.3.3- Giải pháp 3 đề nghị: Hộc cát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
IV.3- PHƯƠNG ÁN CẦU CẠN GIẢI QUYẾT SỰ CỐ CƠNG TRÌNH . . . . .75
IV.4- GIẢI PHÁP KIẾN NGHỊ SỬ DỤNG GEOFOAM . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
IV.4.1 MẶT CẮT DỌC NGANG THIẾT KẾ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
IV.4.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
IV.5- ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ XÃ HỘI . .110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1-KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111
2-KIẾN NGHỊ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
Phụ lục A: Bảng tinh toán thiết kế đường sử dụng EPS
Phụ lục B: Bảng tính khối lượng vật liệu đường dẩn vào cầu văn thánh 2
Phụ lục C: Giải pháp khắc phục sự cố cầu Văn Thánh 2



Phụ lục D: Các kết quả thí nghiệm xác định các tính chất của EPS
Lý lịch học viên


Phụ lục C: Giải pháp khắc phục sự cố cầu Văn Thánh 2


Phụ lục D: Các kết quả thí nghiệm xác định các tính chất của EPS


-1-

MỞ ĐẦU
1-TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:
- Việt nam là nước đang phát triển, tốc độ phát triển cao, đặc biệt là trong
lĩnh vực xây dựng cơ sở hạ tầng. Trong xu hướng chung đó, ngành giao thơng vận
tải đang trên đà phát triển mạnh mẽ, vừa tiếp tục cải tạo đồng thời xây dựng cơ sở
hạ tầng để phục vụ nhu cầu chung của toàn xã hội. Khả năng phát triển và tiếp nhận
những tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phát
triển, trong đó, vấn đề vật liệu phục vụ cho xây dựng là đặc biệt quan trọng.
- Vật liệu truyền thống đóng vai trị quan trọng nhưng với tốc độ phát triển
nhanh, nguồn vật liệu tự nhiên(vật liệu đá, cát, sỏi, …) không đủ đáp ứng, nhất là sự
gia tăng ơ nhiễm trong q trình khai thác ngun liệu làm cho q trình thi cơng
phải kéo dài và ảnh hưởng đến môi trường. Sự phát triển của vật liệu mới góp phần
rút ngắn thời gian thi cơng, giảm giá thành sản phẩm, thích ứng với kỹ thuật hiện
đại đang tác động mạnh mẽ đến các cơng trình giao thơng.
- Xây dựng nền đường và các cơng trình đắp cao trong khu vực đô thị, đặc
biệt trong điều kiện đất yếu tại Việt Nam, luôn là thử thách lớn đối với các kỹ sư
xây dựng trong việc tìm kiếm và phối hợp các giải pháp kỹ thuật giúp cơng trình đạt
được hiệu quả kinh tế xã hội. Ngồi các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật của bản thân

cơng trình, các yếu tố liên quan khác cũng cần được xem xét đánh giá đầy đủ bao
gồm tác động của cơng trình đến các cơng trình hiện hữu, ảnh hưởng của tiến trình
thi cơng đến con người, xã hội và môi trường. Ngày nay, đối với các công trình xây
dựng trong khu đơ thị thì việc đẩy nhanh tiến độ thi công và giảm thiểu ảnh hưởng
của quá trình thi cơng cơng trình ngày càng được xem trọng vì đem lại hiệu quả
kinh tế và xã hội rất rõ rệt dù rằng trong đa số trường hợp khó có thể lượng hóa cụ
thể. Sử dụng vật liệu mới kết hợp với thiết bị và công nghệ xây dựng phù hợp có thể
giúp đạt được những mục tiêu quan trọng đó đối với cơng trình xây dựng nội thị.


-2-

- Về phương diện kỹ thuật, thiết kế và xây dựng cơng trình đắp cao trên nền
đất yếu thường gặp nhiều khó khăn khi ứng dụng các phương án thiết kế hiện phổ
biến (xử lý nền bằng giếng cát, bấc thấm; gia cố cừ, gia cố cọc cát, cọc ximăng; bệ
phản áp; đắp nền trên bè cọc…). Hạn chế về không gian thi công, tiến độ thi công,
nguy cơ tác động đến các cơng trình hiện hữu lân cận trong nhiều trường hợp là
điều kiện không khả thi đối với các phương án thiết kế - thi công thông dụng; hoặc
giá thành cơng trình trở nên q cao; hoặc cơng trình găp sự cố và khơng đạt được
các u cầu về kinh tế - kỹ thuật – xã hội.
- Một trong những đột phá trong xây dựng nền đường và cơng trình đắp cao
trên nền đất yếu là sử dụng vật liệu đắp siêu nhẹ. Đây là giải pháp hiệu quả trong
nhiều ứng dụng khác nhau nhưng nó đặc biệt ưu việt khi ứng dụng trong cơng trình
nội thị và trong điều kiện nền đất yếu. Geofoam là vật liệu siêu nhẹ được ứng dụng
phổ biến nhất trên thế giới và ngày càng được đánh giá là giải pháp đem lại hiệu
quả tốt nhất về kinh tế-kỹ thuật và xã hội.
- Geofoam là tên gọi chung cho vật liệu xốp có tỷ trọng rất nhỏ (0.01 ÷ 0.03),
chủ yếu là xốp nhựa tổng hợp, sử dụng làm vật liệu đắp cho cơng trình xây dựng.
Ưu điểm của giải pháp sử dụng vật liệu siêu nhẹ Geofoam trong nền đường và cơng
trình đắp cao trên nền đất yếu bao gồm:

+ Rút ngắn rõ rệt tiến độ thi công, giảm thiểu tác động của cơng tác xây dựng
cơng trình đến mơi trường và sinh họat xã hội.
+ Giảm thiểu hoặc lọai bỏ việc xử lý nền đất yếu dưới cơng trình. Giảm thiểu
ảnh hưởng (lún, áp lực ngang) của cơng trình đối với các cơng trình lân cận. Giảm
chi phí di dời các cơng trình ngầm lân cận hoặc cắt ngang tuyến đường/ cơng trình
đắp.
+ Giảm chi phí kinh tế so với phương án thêm nhịp dẫn.
+ Giảm thiểu diện tích chiếm dụng của cơng trình so với nền đắp thơng
thường.


-3-

+ Giảm thiểu hoặc lọai bỏ áp lực ngang lên mố cầu dẫn đến giảm chi
phí xây dựng mố và móng mố.
2-MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:
- Nghiên cứu thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu nhẹ địa kỹ thuật
phù hợp với yêu cầu; trên cơ sở đó phân tích khả năng triển khai ứng dụng giải pháp
sử dụng Geofoam cho nền đường đắp cao trên nền đất yếu trong điều kiện thực tế
thiết kế và thi công của Việt Nam.
- Nghiên cứu giới thiệu tổng quan giải pháp kỹ thuật bao gồm: vật liệu, tính
tóan thiết kế, thi cơng và đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật.
- Nghiên cứu cũng sẽ giới thiệu hiệu quả thực tế triển khai ứng dụng giải
pháp kỹ thuật này trong một số cơng trình điển hình đã được thi công tại Mỹ:
Interstate I-5 (Seatle), Boston Big Dig (Washington), …
- Phân tích và giải trình Quy trình hướng dẫn tính tóan thiết kế nền đường sử
dụng Geofoam của Ban Nghiên Cứu Giao Thông của Mỹ.
- Nghiên cứu cũng sẽ giới thiệu và đánh giá thực tế ứng dụng giải pháp kỹ
thuật này trong một số cơng trình điển hình đã được thi cơng và quy trình hướng
dẫn tính tóan thiết kế nền đường sử dụng Geofoam của Ban Nghiên Cứu Giao

Thơng của Mỹ sẽ được trình bày và diễn giải.
- Phương án thiết kế và tính tóan điển hình với Geofoam sẽ được tiến hành
cho cơng trình nền đường dẫn Cầu Văn Thánh 2. Hiệu quả kinh tế-kỹ thuật-xã hội
của phương án đề nghị sẽ được so sánh với phương án đắp trên nền đất yếu có xử lý
(gây sự cố) và phương án thêm nhịp cầu dẫn đã được lựa chọn khi khắc phục sự cố.


-4-

3-PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
3.1-Phương pháp lý thuyết:
- Nghiên cứu tính chất cơ học của geofoam (các chỉ tiêu như: tỷ trọng, cường
độ chịu nén, module đàn hồi,…).
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và quy trình tính tốn thiết kế của cơng trình
nền đường sử dụng geofoam.
- Phân tích, đánh giá và so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật giữa giải pháp kiến
nghị với các giải pháp kỹ thuật hiện sử dụng tại Việt Nam đối với cơng trình nền
đường đắp cao trên nền đất yếu.
3.2-Phương pháp thực nghiệm:
- Thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu cơ học của vật liệu xốp nhựa tổng hợp
(EPS) sản xuất trong nước; đánh giá khả năng sử dụng làm vật liệu đắp nền cho
cơng trình giao thơng.
4-Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:
- Kết luận về khả năng sử dụng vật liệu geofoam sản xuất trong nước làm vật
liệu đắp siêu nhẹ cho cơng trình nền đường giao thơng.
- Kết luận về hiệu quả kinh tế kỹ thuật của giải pháp sử dụng geofoam cho
nền đường đắp cao trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam.
- Phân tích và giải trình quy trình tính tốn thiết kế của Ban Nghiên Cứu
Giao Thơng của Mỹ đối với cơng trình nền đường sử dụng vật liệu geofoam.
5-PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

- Xác định các chỉ tiêu cơ học của vật liệu siêu nhẹ trong điều kiện Việt Nam.
- Xây dựng phương án thiết kế cho cơng trình giao thơng cầu Văn Thánh 2.


-5-

- Kiến nghị giải pháp khi sử dụng vật liệu siêu nhẹ geofoam.
- Đánh giá giải pháp kinh tế.
6-HẠN CHẾ CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU:
- Hiện chưa có quy trình trong nước về sản xuất và kiểm định vật liệu
geofoam cũng như quy trình thíết kế và thi cơng cơng trình đắp bằng vật liệu siêu
nhẹ nên khơng có điều kiện tiến hành thực nghiệm.
- Kinh phí nghiên cứu là hạn chế trong việc nghiên cứu sâu cấu trúc bên
trong và ảnh hưởng của vật liệu khi làm việc chung với vật liệu nền.
7-HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI:
- Vật liệu mới là xu thế mới trong kỹ thuật thi công và ứng dụng trong nhiều
cơng trình xây dựng cũng như các cơng trình giao thơng. Vật liệu siêu nhẹ địa kỹ
thuật sẽ đóng vai trị quan trọng trong việc xử lý và gia cố các cơng trình giao
thơng.
- Hướng phát triển của vật liệu siêu nhẹ địa kỹ thuật sẽ giúp qui trình thi
cơng các cơng trình giao thơng nhanh hơn, đơn giản, giảm giá thành xây dựng,
mang lại tính kinh tế.
- Có khả năng phát triển thành cơng nghệ sản xuất và thi công hàng loạt với
qui mô lớn ở các cơng trình giao thơng và xử lý nền móng cơng trình.


-6-

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA

VẬT LIỆU GEOFOAM
I.1-GIỚI THIỆU:
I.1.1 Lịch sử sử dụng vật liệu EPS trong công trình giao thơng
- Trong cơng trình nền đường và cơng trình đắp, trọng lượng bản thân của
khối đắp là một tải trọng tính tóan quan trọng tác động lên nền và/hoặc cơng trình
chắn. Giảm thiểu thành phần tải trọng này là mục tiêu chính của việc nghiên cứu và
triển khai ứng dụng vật liệu nhẹ và siêu nhẹ cho khối đắp.
- Expanded Polystyrene (EPS), một dạng xốp nhựa tổng hợp, có trọng lượng
rất nhẹ, được phát minh ra từ năm 1950. Vật liệu EPS được sử dụng trong nhiều
lĩnh vực công nghiệp và dân dụng khác nhau. Geofoam, hay xốp địa kỹ thuật, là vật
liệu EPS sản xuất đảm bảo một số chỉ tiêu cơ lý đặc thù để sử dụng lảm vật liệu đắp
trong cơng trình xây dựng. Một hình thức khác của vật liệu đắp siêu nhẹ từ nhựa
tổng hợp đã và đang được phát triển gần đây là Geocomb.
- Geofoam có trọng lượng riêng trong khoảng 10 kg/m3 đến 30 kg/m3, chỉ
bằng 1%-2% trọng lượng riêng của đất, đá hay bêtông. Geofoam nhẹ hơn nhiều lần
so với những vật liệu nhẹ khác đã được dùng trong công trình đắp như bêtơng tạo
bọt, vỏ xe, vụn gỗ và kể cả geocomb (Miki, H, 1996). Với trọng lượng như như vậy,
geofoam có tỷ lệ cường độ/ trọng lượng rất cao và có thể chịu được ứng suất nén
dài hạn đến 100kPa, tương đương với các lọai đất đắp nền thơng dụng. Với cường
độ đó, khi được thiết kế và thi cơng phù hợp, nền đắp bằng geofoam có đủ khả năng
chịu tải trọng xe, tàu hỏa, máy bay và thậm chí các kết cấu chịu tải trọng tương đối
lớn.


-7-

- Tại Na Uy, dự án ứng dụng EPS trong cơng trình giao thơng đầu tiên được
thi cơng năm 1965 (Abe, 2000). Vật liệu EPS foam được dùng tại Hà Lan vào đầu
đầu những năm 70 (van Dorp, 1996). Sau đó, vật liệu nhẹ EPS được ứng dụng rộng
rãi ở nhiều nước như Mỹ, Nhật, Đức và Malaysia. Tại Nhật bản, EPS dùng để làm

vật liệu đắp từ năm 1985, và chiều cao khối EPS lớn nhất được dùng là 15m
(Yamanaka và cộng sự, 1996). Tại Đức, cơng trình đầu tiên sử dụng là vào năm
1960 (Hillmann, 1996) và tại Malaysia là vào năm 1992 (Mohamad, 1996)
- Khả năng ứng dụng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật đã được nghiên cứu trong
nhiều lĩnh vực khác nhau và đưa ra cơ chế làm việc khi xử lý các cơng trình. (Elias
2001). Tác giả Stark và cộng sự đã hoàn thiện kỹ thuật sử dụng vật liệu nhẹ địa kỹ
thuật trong tài liệu “Hướng dẫn sử dụng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật dùng cho cơng
trình đường giao thơng” (Stark và cộng sự, 2004).
I.1.2 Tính chất của vật liệu EPS
- Tính nhẹ của vật liệu: Vật liệu EPS có trọng lượng thể tích rất nhẹ, dao
động từ 11 đến 30 kg/m3 làm cho vật liệu có khả năng nổi trong mơi trường nước.
Các cơng trình xây dựng có thể khống chế lực đấy nối này có thể dùng vật liệu EPS
neo vào đất giống như sử dụng sàn betong neo vào đất (Ninomiya và Makoto, 1996)
hay dung nó làm vật liệu địa kỹ thuật (George, 2000).
- Khả năng chịu tác dụng của lực tập trung: Vật liệu EPS rất dễ bị xuyên
thủng do đó phải thiết kế vật liệu tránh sự tiếp xúc trực tiếp với lực tập trung. Trong
đa số các trường hợp, các khối đắp bằng vật liệu EPS được thiết kế với một bản bêtơng cốt thép 8÷10cm bảo vệ bên trên. Bản bê-tơng bảo vệ này cịn tăng đáng kể độ
cứng và cải thiện điều kiện làm việc tòan khối của khối vật liệu EPS (Nishi và cộng
sự, 1996).
- Khả năng bền hóa học: vật liệu EPS khơng bền trong mơi trường có chứa
dầu hỏa hay chất lỏng khác. Để tăng độ bền của vật liệu trong môi trường ăn mịn
hóa học, giái pháp là sử dụng vật liệu nhựa bọc xung quanh khối EPS hay dùng
betong bảo vệ bên ngoài (Negussey and Elragi, 2000)


-8-

- Dựa trên nghiên cứu về tính chất của vật liệu EPS, Tsukamoto đã xây dựng
tài liệu hướng dẫn sử dụng EPS trong ổn định mái dốc và các công trình giao thơng
vào năm 1996. Vật liệu EPS đã được Hiệp hội nghiên cứu đường và giao thông

FGSV đưa vào tiêu chuẩn từ năm 1995 tại Đức.
I.1.3 Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật dùng trong một số cơng trình điển hình
Một số giải pháp đắp nền bằng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật EPS đã được ứng dụng cho
các công trình giao thơng như chỉ ra từ Hình I.1 đến Hình I.4

Hình I.1. Một số sơ đồ điển hình của giải pháp sử dụng Geofoam để đắp nền đường
giao thông trên đất yếu (Stark et al, 2004)


-9-

Hình I.2. Nền đắp trên sườn dốc (Stark et al, 2004)

Hình I.3. Nền đắp sau mố cầu (Wano et al, 1996)

Hình I.4. Nền đắp trên sườn dốc với tường chắn (Stark et al, 2004)
Bên cạnh đó vật liệu EPS cịn được sử dụng dưới nền cơng trình nhà, giảm áp lực
đắp trên cơng trình ngầm, khối đắp nâng nền (hình I.5 ÷ hình I.9)


- 10 -

Hình I.5. Móng cơng trình (Stark et al, 2004)

Hình I.6. Tường chắn (Stark et al, 2004)

Hình I.7. Giảm tải lên cơng trình ngầm (Stark et al, 2004)

Hình I.8 Tạo bậc ngồi trong sân vận động (Stark et al, 2004)



- 11 -

Hình I.9. Khối đắp nâng nền (Stark et al, 2004)
Vật liệu Geofoam và phụ kiện: (AFM Corporation Inc, 2009)

Hình I.10. Khối geofoam tại nơi sản xuất

Hình I.11. Bản thép liên kết và cố định khối geofoam trong thi cơng
- Thi cơng các cơng trình sử dụng vật liệu EPS (Hình I.12 ÷ Hình I.17)
(Cơng trình Cầu Royal Brougham Way, Seatle, Washington State, 2009)