CHUONG I THIET KE NEN DUONG THONG THUONG
1.1 NHỮNG YÊU CÀU CHUNG DOI VOI NEN DUONG - CHIEU SAU
HOAT DONG CUA DAT NEN DUONG
1.1.1 Những yêu câu chung đôi với nên đường
Nên đường ô tô là một công trình băng đât (đá) có tác dụng:
Khắc phục địa hình thiên nhiên nhăm tạo nên một dải đất đủ rộng dọc theo tuyến đường có các tiêu chuân về bình đồ trắc dọc trắc ngang đáp ứng được điêu kiện chạy xe an toàn, êm thuận và kinh tẾ
Làm cơ sở cho áo đường: lớp phía trên của nên đường cùng với áo đường chịu tac dụng của tải trọng xe cộ và của các nhân tơ thiên nhiên do đó có ảnh
hưởng rất lớn đến cường độ và tình trạng khai thác của cả cơng trình đường Đề đảm bảo các yêu câu nói trên, khi thiệt kê và xây dựng nên đường cân phải đáp ứng được các yêu câu sau đây:
I Nên đường phải đảm bảo luôn ơn định tồn khơi, nghĩa là kích thước hình
học và hình dạng của nên đường không bị phá hoại hoặc biên dạng gây bât
lợi cho việc thông xe
4
Hình 1.1 - Các hiện tượng nên đường mât ơn định tồn khơi
a) Truot ta luy dap b) Trượi nên đường dap trên sườn dốc c) Lứn sụt trên đất yếu d) Truot tréi trên đất yếu e) Sut lo ta luy dao f) Trượt ta luy đào
Trang 2Các hiện tượng mật ôn định tồn khơi đơi với nên đường thường là: trượt lở mái ta luy nên đường đào hoặc đắp trượt nên đường đắp trên sườn dôc, trượt trôi và lun nén dat dap trên đât yêu (Hình 1.1)
2 Nên đường phải đảm bảo có đủ cường độ nhât định, tức là đú độ bên khi chịu cắt trượt và không được biên dạng quá nhiêu (hay khơng được tích luỹ biên
đạng) dưới tác dụng của tải trọng bánh xe
3 Nên đường phải luôn đảm bảo ôn định về mặt cường độ, nghĩa là cường độ của nên đường không được thay đôi theo thời gian, theo điều kiện khí hậu, thời tiết bất lợi
Nền đường thường bị phá hoại do các nguyên nhân sau đây:
- - Sự phá hoại của thiên nhiên như mưa làm tích nước hai bên đường, làm giảm cường độ của đât nên đường gây sạt lở mái déc ta luy
- _ Điều kiện địa chất thủy văn tại chỗ không tốt về cấu tao tang lớp và mức độ phong hoá đất đá đặc biệt là sự phá hoại của nước ngâm (nước ngầm chảy lôi
theo đất gây hiện tượng xói ngầm và giảm cường độ của đât)
- - Do tác dụng của tải trọng xe chạy
- Do tác dụng của tải trọng bản thân nền đường khi nền đường đắp quá cao hoặc đào quá sâu, ta luy quá dốc thường hay bị sat lo
- Do thi céng không đảm bảo chất lượng: đắp không đúng quy cách, loại đất đặp không phù hợp, lu lèn không chặt,
Trong số các nguyên nhân nói trên, tác dụng phá hoại của nước đối với nền
đường là chủ yếu nhất (gồm nước mặt, nước ngầm và cả hơi nước)
1.1.2 Chiêu sâu hoạt động của đầt nên đường
Cường độ và độ ôn định của nền đường chủ yếu là do các lớp đất tâng trên quyết
định, như vậy cần phải xác định chiều sâu hoạt động của tải trọng
Chiều sâu hoạt động của đất nền đường hay phạm vi hoạt động của đât nên
đường là khu vực chịu tác dụng của tải trọng động (tải trọng xe cộ đi trên đường
truyền xuống) Phạm vi này được xác định băng chiều sâu z„ ở hình 1.2
Trên hình vẽ ứng suất tại mỗi điểm trong đất do trọng lượng bản thân nền đắp gây nên là:
=¥.Z (1-1)
(Xét trường hợp đất đông nhất)
y- dung trọng của đất đắp (tm))
z — chiêu sâu tính ứng suất (m)
Trang 3P f1ittrđit 4 0 | GƠr+Oz 1 —n q — te N\A Lt No, OY
Hình 1.2 - Sơ đồ xác định chiều sâu khu vực tác dụng của nền đường
Ứng suất thăng đứng do tải trọng động của bánh xe có áp lực ø được quy về lực tập trung ? gây ra sẽ phân bô tắt dân theo chiêu sâu theo công thức của
Boussinesq:
o =k.— ⁄ 3 (1-2)
k= (1-3)
DI
(k— hệ số Boussinesq điểm năm trên truc z thi r=0 va k=0,5)
in|
ui
Gia thiét khi o, = nơ, là có thể bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng động thì ta có thể
xác định được chiêu sâu z„ của khu vực tác dụng theo quan hệ:
Ơy = nƠ, (1-4)
P k.n.P :
=> ÿz, =nk-;=>zZ,=i | (1-5)
Z, Y
Thường giả thiết n = 5 — 10 và với các tải trọng bánh xe thơng thường sẽ tính
duoc z, = 0,9 — 1,5m
Nhu vậy, đề nên đường có cường độ và độ ôn định nhât định cân đâm nén chặt
đât nên đường băng các phương tiện đâm nén
Trang 4Đâm nén chặt đất nên đường: là một biện pháp tăng được cường độ và cải thiện được chế độ thủy nhiệt của nên đường tương đổi đơn giản, phô biến và
có hiệu quả cao
Hiện nay người ta thường dùng đại lượng dung trọng khô y (g/cm”) của đât đê đặc trưng cho độ chặt của đât được đâm nén thông qua hệ sô đâm nén:
K =íÍYo
Trong đó: — + - là dung trọng khô của đất sau khi được nén chặt trên thực tế và 7o là dung trọng khô của loại đât đó nhưng được nén chặt trong điêu kiện tiêu
chuân (độ chặt lớn nhât — xác định băng côi Proctor) 1.1.3 Nguyên tắc thiết kế nền đường
1 Phải đảm bảo khu vực tác dụng của nền đường (khi khơng có tính tốn đặc biệt, khu vực này có thé lấy tới 80 em kế từ dưới đáy áo đường trở xuống ) luôn đạt được các yêu cầu sau:
- Khong bi qua âm (độ âm không lớn hơn 0,6 giới hạn nhão) và Ít chu ảnh hưởng các ngn âm bên ngồi (nước mưa, nước ngâm, nước bên cạnh nên đường)
- 30 cm trên cùng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu băng 8§ đối với đường cập I, câp II và băng 6 đôi với đường các câp khác
- 50 cm tiép theo phai dam bảo sức chịu tải CBR tôi thiêu băng Š5 đôi với đường cấp I, câp II và băng 4 với đường các câp khác
Ghi chú: CBR xác định theo điều kiện mẫu đất ở độ chặt đâm nén thiết kế và được
ngắm bão hòa +4 ngày đêm
2 Đê hạn chê tác hại xâu đên môi trường và cảnh quan, cân chú trọng các
nguyen tac:
- Han ché pha hoat tham thuc vat Khi c6 thê nên gom đât hữu cơ trong nên đào
dé pht xanh lai cac ho dat muon, cac suon taluy
- Han ché pha hoai can bang tu nhién Dao đắp vừa phải Chú ý cân băng dao dap Gap dia hinh hiém tré nén so sanh nén đường với các phương án câu cạn,
hầm, nên ban công Chiều cao mái dốc nền đường không nên cao quá 20 m
- _ Trên sườn dốc quá 50% nên xét phương án tách thành hai nền đường độc lập
- Nén dao va nén dap thâp nên có phương án làm thoải (I:3 ~ 1:6) va got tron đề phù hợp địa hình và an tồn giao thông
- - Hạn chê các tác dụng xâu đên đời sông kinh tê và xã hội của cư dân như gây
ngập lụt ruộng đât, nhà cửa Các vị trí và khâu độ cơng trình thốt nước phải đủ đê khơng chặn dịng lũ và gây phá nên ở chô khác, tránh cản trở lưu thông
nội bộ của địa phương, tôn trọng quy hoạch thoát nước của địa phương
Trang 512 CÁC LOẠI ĐÁT ĐÁP NÉN ĐƯỜNG - TIỂU CHUẢN ĐÀM NÊN
DAT NEN DUONG
1.2.1 Cac loai dat dap nén đường
Đất đá là vật liệu chủ yếu để xây dựng nên đường, kết cầu của nền mặt đường và sự làm việc của cơng trình đường phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của đất Trong xây dựng nên đường dé ha gia thanh xay dung thuong dung đất tại chỗ để đắp nền đường Cường độ và độ ôn định của nền đường phụ thuộc vào loại đất và cường độ của đất
Cỡ hạt đất càng lớn thì đât có cường độ càng cao tính mao dẫn càng thấp tính thầm và thốt nước tốt, ít hoặc khơng nở khi gặp nước cũng như ít hoặc khơng co khi khơ Những tính chất này khiến cho loại đất chứa nhiều cỡ hạt lớn có tính ồn định nước tốt tuy nhiên nó có nhược điểm lớn là tính dính và tính dẻo kém Cỡ hạt đât càng nhỏ thì các tính chât trên ngược lại
Phân loại đât đặp nên đường:
I, Da: La loai vật liệu xây dung nền đường rất tốt Nền đường đắp băng da
thì đảm bảo cường độ và độ ồn định, chống được xói bào mòn và va đập
của dòng nước
2 Đát lán đá: Gơm các hạt đá có kích cỡ lớn hay nhỏ lần với cát và sét Đá
trong dat lan da la đá ran chăắc, không bị phong hố có cường độ cao và không bị mêm trong nước Loại này dùng đăp nên đường rât tốt
Sối cuội: Là loại vật liệu đá dưới tác dụng của dòng nước bị chuyển chỗ
và bào mòn trong thành phần có lẫn cả cát và sét Loại này đắp nên đường khá tốt, khi đắp ở nơi khô và quá âm ướt cường độ không thay đổi nhiều
Nhược điểm là sức chống xói mịn kém nên mặt ngoài của mái dốc cần được gia có
Gò
4 Cái: Là loại đất vụn, rời rạc ít dính, kích thước hạt khoảng <2-3mm, nước
thấm qua dễ, độ cao mao dẫn thấp, khi bão hồ nước thì cường độ ít thay đổi Vì vậy cát là vật liệu tốt để đắp nền đường đặc biệt ở các vùng âm ướt, nước đọng hoặc ở nền đường bãi sông Tuy vậy, do tính dính kém nên
dễ bị-xói lở và bào mịn do nước và gió, cho nên ta luy nền đường cần được gia cố bảo vệ
Đất cát bột: Cỡ hạt từ 0,25-0.05mm chiêm từ 15-50%, ít dính, khi no
nước cường độ giảm nhiêu khơng thích hợp đề đăp nên đường
tan
6 Dat d cat: La loại đất tốt để đắp nền đường (lượng cát >50% khối lượng)
có cường độ ơn định, tính dính cao có khả năng thốt nước nhanh
Trang 67 Đáit séí: Là loại đât có tính dính lớn và tính thâm nước rât kém lâu bão hoà nước và lâu khô, chỉ dùng đãp nên đường ở những nơi khô ráo Ổ trạng thái âm ướt đât sẽ mềm nhão và không
& Đái á sét: Là loại đât tôt đê đắp nên đường,
nén chặt được
có tính dính lớn chơng được xói lở và làm cho ta luy nên đường ôn định Cân chú ý nên đường đắp qua bãi sông băng loại đât này khi nước rút khơng thốt ra ngay làm tăng áp
lực thuỷ động và gây mât ôn định mái ta luy
9 Đất bột: Là loại đất có những hạt rất nhỏ, cường độ thấp khi khơ thì bong,
khi ướt thì nhão khơng thích hợp đê đăp nên đường
10 Đát hữu co: Loại này có cường độ thâp, tính trương nở lớn, không nên đặp nên đường
Cân năm vững các loại đât và tính chât của đât được phân tích ở trên đề tìm cách xử lý cải thiện hoặc đề xuất các biện pháp cầu tạo khác (như thoát nước, đắp
Cao, gia cô,
yêu câu đổi với nền đường một cách tốt nhất ) để khắc phục các nhược điểm của mỗi loại đất nhằm thoả mãn các
Phân loại đất theo TCVN 5747-1993 theo các bảng 1.1, 1.2 va 1.3 sau:
Bang 1.1 - Phan loại hạt đất theo kích cỡ
Tên hạt Kích cỡ hạt (mm) Tên hạt Kích cỡ hạt (mm) Cuội 100-40 Cát : To 2-] Vừa 1-0.5 Nho 0.5-0,25 Rất nhỏ (mịn) 0.25-0,05
Sỏi : Rat to 40-20 Bụi : To 0,05-0;01
To 20-10 Nhỏ 0.01-0,005
Vừa 10-4 Sét < 0,005
Bé 4.2
Trang 7
Bang 1.2 - Phân loại cát
Loại cát Tỷ lệ hạt theo kích cỡ: Chỉ số Khá năng sử dụng để
, (% khối lượng) déo xây dựng nên đường
Cát sỏi hạt > 2mm chiếm 25-50% <] Rất thích hợp nhưng phải có lớp bọc mái ta luy
\
Cat to hat > 0.5mm chiém > 50% <] Thích hợp nhưng phải có lớp bọc mái ta luy
Cát vừa hạt > 0.25mm chiếm > 50% <1 nt
Cat nhỏ hạt > 0.10mm chiếm > 75% <] | nt
Cat bui hat > 0,05mm chiém > 75% <l Ít thích hợp
Bang 1.3 - Phân loại đất dính
Loại đất ue Steet (% khéi lượng) Chỉ số | Khd nang sit dung dé déo xây dựng nên đường
Á cát nhẹ hạt to > 50 1-7 Rat thich hợp
Á cát nhẹ > 50 1-7 Thich hop
A cat bui 20-50 1-7 It thich hop
A cat bui nang < 20 ]-7 Khơng thích hợp
Á sét nhẹ > 40 7-12 Thich hop
Á sét nhẹ bụi” <40 7-12 Ít thích hợp
Á sét nặng > 40 12-17 | Thíchhợp
Á sét nặng bụi <40 12-17 Ít thích hợp
Sét nhẹ >40 17-27 Thích hợp
Sét bụi Khơng quy định 17-27 | — It thich hop
Sét béo - nt - >27 Khơng thích hợp
Trang 8
Một số yêu câu đôi với đât đấp nên đường 1
3
Đất đắp nền đường lấy từ nền đào từ mỏ đất, từ thùng đấu Việc lấy đất:
phải tuân thủ nguyên tắc hạn chế tác động xấu đến mơi trường như nói ở
phần I.1.3 Thùng đấu phải thiết kế có hình dáng hình học hồn chỉnh, khơng làm xấu cảnh quan và khi có thể phải tận dụng được sau khi làm
đường
Đât từ các nguôn phải có thí nghiệm, khơng duoc dap hén don ma dap thành từng lớp
Các lớp được đặp xen kế nhau nhưng khi lớp băng đât có tính thốt nước
tơt ở trên lớp đât có tính khó thốt nước thì mặt của lớp dưới phải làm dôc
ngang 2 đên 4% đê thốt nước
Khơng dùng các loại đất lẫn muối và lẫn thạch cao (qua 5%), dat bùn, dat than bùn, đất phù sa và đất mùn (quá 10% thành phần hữu cơ) để làm nên đường
Trong khu vực tác dụng không được dùng đât sét nặng có độ trương nở tự
do vượt quá 4%
Không nên dùng đât bụi và đá phong hoá đê đặp các phân thân nên đường
trong phạm vi bị ngập nước
Tại chỗ sau mô câu và sau lưng tường chăn nên chọn vật liệu đặp hạt rời có góc nội ma sát lớn
Khi sử dụng vật liệu đắp băng đá thai, bang dat lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hịn) lớn nhất cho phép là 10em đối với phạm vi đắp năm trong khu vực tác dụng 80cm kể từ đáy áo đường và I5em đổi với phạm vi dap phia dưới; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất này không được vượt quá 2/3 chiêu dầy lớp đất đầm nén (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng)
Không được dùng các loại đá đã phong hoá và đá dé phong hoá (da sit ) để đắp nên đường
Khi nền đường đắp bằng cát, nền đường phải được đắp bao cả hại bên mái
dốc và cả phần đỉnh nền phía trên để chống xói lở bề mặt và để tạo thuận lợi cho việc đi lại của xe, máy thi công áo đường Đất dap bao hai bén mai déc phai co chi số dẻo lớn hơn hoặc bằng 7; còn đất đắp bao phía trên
đỉnh nên phải có chỉ số dẻo từ 6 đến 10 và nên sử dụng cấp phối đồi Đất
đắp bao phần trên đỉnh nên không được dùng vật liệu rời rạc để hạn chế
nước mưa, nước mặt xâm nhập vào phan dap cát
Bê dây đắp bao hai bên mái dốc tối thiểu là 1,0m và bề dây đắp bao phía đỉnh nền (đáy áo đường) tối thiêu là 0,30m
Trang 91.2.2 Tiêu chuâần đầm nén đât nên đường
Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-05 và tiêu chuẩn đầm nén đất TCVN 4201-1995, tiêu chuân đâm nén đât quy định như sau:
Bang l +4 - Độ chặt quy định của nên đường
Độ chặt K (Đầm nén tiêu Độ sâu tính chuẩn) Loại cơng trình từ đáy áo
Oal cong (rm đường Đường ôtô từ Đường ôtô từ xuống (cm) cấp IV trở cấp V trở
lên xuống Khi áo đường dày trên 60cm 30 >0,98 >0,95
_ | Khi áo đường dày dưới 60cm 50 > 0.98 > 0,95
Nền
đáp Bên dưới Đất mới đáp >0.95 >0.93
chiều sâu kể Đất nên tư
trên nhién (*) ¬ ae cho dén 80 > 0,93 > 0,90
Nền đào và nền không đào không đắp 30 2 0,98 2 095
(dat nén tu nhién) (**) 30 - 80 > 0.93 > 0.90
Ghi chit bang | 4:
(*) Trường hợp này là trường hop nén dap thap khu vuc tac dung 80cm mét
phần năm vào phạm vi đất nền tự nhiên Trong trường hợp đó phần nền đất tu nhiên năm trong khu vực tác dụng phải có độ chặt tối thiêu là 0.90:
(**) Nếu nền tự nhiên không đạt độ chặt yêu cầu quy định ở bảng 1.4 thì phải đào phạm vị không đạt rồi đầm nén lại đề dat yéu cau
1.3 SY ANH HUONG CUA CAC DIEU KIEN THIEN NHIEN DEN NEN DUONG - CHE DO THUY NHIET CUA NEN DUONG
1.3.1 Sự ảnh hướng của các điều kiện thiên nhiên đến nền đường
Nên đường trực tiệp chịu ảnh hưởng của các điều kiện thiên nhiên như nhiệt độ, mưa, gió, bơc hơi, [rong thiết kê và xây dựng đường cân phải lưu ý hạn chê
những ảnh hưởng bât lợi đó l.3.Il.I Anh hưởng của Hước
Nên đường ô tơ có thê chịu ảnh hưởng của các nguôn âm như hình 1.3
Trang 10
, Mao dân J | “Mitre nuéc ngầm
¬ _ ẽ ẽẽẻẽ wae -
‘or 6 ty i fi —————— ¬
4 Hình 1.3 - Gác ngn âm ảnh hưởng đên nên đường - J
/ Nước mua: 2 Nude HIỆI: 3 Ñ ude ngắm; + Hơi) Tước
I, Nước mua: thấm qua lễ đường và mặt đường vào khu vực đất nên đường Nếu
mặt đường không thắm nước lễ đường dược gia cổ va đủ dốc thì ảnh hưởng của
nguồn ầm này giảm đi rất nhiều Coe
2 Nước mặt: gồm ‘nude dong 6 (hùng đấu rãnh :dọc nước ngập hay kênh
muong, ao ho sat duong - Nước đợi có thể tơn tại lâu dài hoặc tùng thời kỳ
nước đọng ngắm vào nên đường làm cho nên đường lưôn bị âm ướt và làm giảm
cường độ bó gy ar Fk
3:-Nước ngam: “mao dẫn lên thân nền đường từ phía dưới, nhất là nền đường vùng đông băng vùng lây Cịn ở vùng đơi núi thì ảnh hưởng mao dẫn:của nước
ngậm đối với nen đường thường khong dang ke, " tụ ;: : 7 at i
+ Hơi nue: 'thường dr chuyển: {fong::các - lỗ: rỗng cua’ đất theo chiều' của 'địng
nhiệt (từ nóng đến lạnh) Sìr-thay đơi hiệt độ thềo riiùa-ở nước ta khá lớn cũng
tạo.điều kiện: cho hơi:nước; di chuyề én: liên: tục trong Thân nền: đường làm cho nền
đường luôn bị âm ướt ¬ EE end Bua
1.3.1.2 Anh hưởng nhiệt độ
Sự tha’ adi cửả nhiệt độ" có anh tướng: tới đả am của \ đấu khi nhiệt độ Cao, nước trong đất có kha năng bốc lot’ nhiều do độ: ẩn của khổng khí giảm
1.3.1.3 Ante hiring’ c Clia giỏ '
v9 7%
Độ bốc hoi càng lớn: Khỉ lực gió càng ‘ton’ vi hi di niành, không khí chuyển
_
động ‘Tsp khơng Khí ở sát mặt dất Khơng bị bão: hồ hơi Hước đữa
"¬ ny ee ` ¬
Qua các phân tích trên ta thấy độ ấm là nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến ì nền
dường Độ âm cảng lớn thì cường độ của nên đường càng giảm:và đất: càng biến:
dạng nhiều Nói, chung TEƯỜI ta thuong tim cach han chế tác hat của, độ Ẩm và luôn giữ cho đất nên đường ở trạng thai dẻo' cứng
Trang 111.3.2 Chế độ thủy nhiệt của nên đường
1.3.2.l Chê độ thủy nhiệt của HẾH đường
Chế độ thủy nhiệt của nên đường hay quy luật tác động của môi trường thiên nhiên đối với nền đường là quy luật thay đôi và phân bố nhiệt độ, độ âm của các điểm khác nhau trong khối đất nền đường theo thời gian
Chế độ thuỷ nhiệt của nền đường phụ thuộc vào quy luật chung của thời tiết, khí hậu cũng như các yếu tố thiên nhiên địa hình địa mao, quang cảnh của vùng xây dựng đường
Chế độ thuỷ nhiệt của nên đường còn phụ thuộc vào kết câu nền đường và mặt
đường cụ thể như biện pháp thoát nước nền mặt đường, chiều cao đào đắp của
nên đường, độ chặt của đất nên đường và loại mặt đường
Nội dung nghiên cứu chế độ thủy nhiệt của nên đường là nhăm xác định được
quy luật thay đổi và phân bỗ độ âm của đất nên đường theo thời gian đôi với các
kết cầu nên mặt đường khác nhau 0 các vùng thiên nhiên khác nhau Nhờ đó có
thể năm được quy luật phân bố độ ẩm trong thời gian bất lợi nên có thể dé xuất được các biện pháp thay đôi tình trạng phân bổ đó như ngăn chặn các nguồn ẩm
tăng cường độ của dat nén đường
1.3.2.2 Các biện pháp củi thiện chê độ thiip nhiệt cua dat nén đường
Cải thiện chế độ thuỷ nhiệt là áp dụng các biện pháp thiết kế hạn chế tác hại của
của các nguồn âm như dip cao nên đường mở rộng lề đường thoát nước mặt, thay đất hoặc đầm nén chặt đất Các biện pháp cải thiện chế độ thuỷ nhiệt trước
hết cần phải thực hiện đối với khu vực tác dụng của nẻn đường
I Đầm nén chặt đất nên đường: là một biện pháp tăng được cường độ và cải
thiện được chê độ thủy nhiệt của nên đường tương đôi đơn giản phô biên và có hiệu quả cao
2 Biện pháp đặp cao nên đường:
Dap cao nén đường trên mức nước ngầm hoặc mức nước đọng thường xuyên là
một biện pháp g gần như bắt buộc để cải thiện trạng thái phân bố ẩm bat loi trong
thân nên đường
Chiêu cao nên đắp cân thiết kê từ mức nước ngâm tính tốn hoặc mức nước đọng thường xuyên đên bê mặt của mặt đường có thê xác định theo công thức:
Hán = Zmax T Za (I -6)
Trong do:
Zmx —chiéu cao mao dẫn lớn nhất của mức nước ngầm
Za — chiều sâu khu vực tác dụng của nền đường
Trang 123 Biện pháp thốt nc và ngăn chặn các nguôn am:
- - Phoát nước mặt : Làm các độ dôc ngang mặt đường, lề đường bơ trí hệ
thông rãnh dọc rãnh tháo
- - Ngăn chặn, không chê ảnh hưởng của nước ngâm
- Dùng các lớp cách nước cách hơi đê ngăn chặn nước ngâm mao dan hoặc hơi nước
- Đặp lê đường đủ rộng đề ngăn chặn nước ngập hai bền nền đường dì
chuyên vào khu vực tác dụng của nên đường
- - Chọn và thiêt kê kêt câu áo đường và lề đường hợp lý cũng là một biện pháp hạn chê tác dụng của các nguôn âm như dùng loại vật liệu lớp mặt khơng (ít) thâm nước hoặc dùng các lớp móng cát dê thoát nước ngang
1.4 CAO DO NEN DUONG
Để đảm bảo nền đường luôn khô ráo, đảm bảo ổn định và đủ cường độ thì nền
đường phải đảm bảo có cao độ nhất định Cao độ thiết kế của nên đường là cao
độ ở tim đường Khi có hai nên đường độc lập sẽ có hai cao độ thiết kế trên hai mặt cht đọc riêng biệt
- Cao độ thiêt kê mép nên đường ở những đoạn ven sông đâu câu nhỏ, công các
đoạn qua các cánh đông ngập nước phải cao hơn mức nước ngập theo tan suat
tính tốn (có xét đên mức nước dênh và chiêu cao sóng vơ) ít nhât là 0.5m
Tân suât thiệt kê nên đường được quy định :
+ Đường cao tôc : I.3%⁄ + Duong cap |, IL: 2% + Đường các câp khác: 4%
- Cao độ nền đường đắp tại vị trí cống trịn phải đảm bảo chiều cao đât đắp tôi thiểu trên đỉnh cống là 0.5m để cống không bị vỡ do lực va đập của lốp xe ô tô Khi chiều dày áo đường dầy hơn 0.5m độ lệch chênh cao này phải đủ dé thi cong
được chiều dây áo đường Nếu không thỏa mãn yêu cầu trên thì dùng cống có khả năng chịu lực trực tiếp của bánh xe như cống bản công hộp
- Cao độ đáy áo đường phái cao hơn mực nước ngâm tính toán (hay mực nước đọng thường xuyên) một trị sô cao độ ghi trong bảng [.5
Trang 13Bảng T.Š - Chiêu cao tơi thiêu tính từ mục nước ngâm tính toán
(hoặc mức nuốc đọng thường xujên) tới đáy áo đường
l năm
8ô ngày liên tục duy trì mức nước trong
Loai dat dap nên đường
Trén 20 ngay Dưới 20 ngày béo, sét nặng Cát bụi cát nhỏ, cát pha sét nhẹ | 50 30 Cát bột cát pha sét nặng 70 40 Cát pha sét bụi -120 - §0 50 Sét pha cát bột, sét pha cát nặng sét 100.— 120 40
1.5 CAU TAO NEN DUONG TRONG TRUONG HOP THONG THUONG
Các loại trắc ngang nền đường thường gặp bao gồm: - _ Nền đắp hoàn toàn
- _ Nền đào hoàn toàn
- _ Nền nửa đào nửa đấp
- Nên đào hình chữ L (là loại nên đào đặc biệt) 1.5.1 Các trắc ngang điên hình nên đường đặp
Tuỳ chiêu cao đăp và loại đât đắp mà có các dạng trắc ngang điên hình cho nên đắp, như sau: Nền đắp thấp có rãnh biên (h< 0,5+0,6m) Nền đắp vua (h=1=6m) Nén dap cao (h=6+12m) 1 a ~ tr: VN
Các dạng trắc ngang điển hình nền đ㊠nhì hea IN
` ¬ l¬ rea aS LR ee gies — ai
Nền đắp rất cao (h> |I#iWUNGx aàI?466481dág YuuTbatcohs
- 009684
Trang 14na NR RMR, ROR RMR OAR XE OR KỈ AR FR IR OR OR OR OR OR OK 2-3% = K hi |_ | "I — K K K ” 7 _ +
Hình 1.4 - Các trắc ngang điển hình nền đường đắp a) Nên đắp dưới 1m: b) Nên đắp từ l — 6m: c) Nên đắp từ 6 — 12m: đ) Nên đường đầu câu và nên đếp dọc song
Bé rộng bậc thêm báo vệ k=0+4in tri) thuộc chiều cao nên đắp
Đối với loại đất đắp thông thường, bằng kinh nghiệm thường cấu tạo mái dốc ta
luy là 1:1,5 Trường hợp chiêu cao mái dốc đắp lớn hơn 6-12m thì phải phân tích,
kiểm tốn ổn định để quyết định hình dạng nền đường và độ dốc ta luy Chiểu cao mái dốc đắp đất không nên quá 16,0m và đắp đá không nên quá 20m
Tuy theo độ cao của mái đắp và loại vật liệu đắp, độ dốc mái dap theo qui dinh
trong bang 1.6
Trang 15Bang 1.6 - Dé déc nai dudng dap
Loai dat da Chiêu cao mái dôc nén dap dưới 6m nên đặp từ 6 đên I2m Chiêu cao mái đôc
Các loại đá phong hoá nhẹ
Đá khó phong hố cỡ lón hơn 235cm xép khan
Da dam da sot san cat lan sol sạn xi quặng
Cát to và cát vừa đât sét và cát pha đá dễ phong hoá
| Đât bụi cát nhỏ I:1.75 +2 Gò — an
1: 1.75 + WN
Khi mai déc nén dap đât tương đôi cao thi ctr 8 — 10m cao phải tạo một bậc thêm rộng Ì + 5.0m: trên bậc thêm có câu tạo dơc ngang và rãnh
Khi xây dựng nên đường trên sườn dôc, tùy theo độ dôc của sườn dơc mà có các biện pháp xử lý như sau:
- - Khi độ dõc của sườn dốc nhỏ hơn 20% thì chỉ cân dãy cỏ hoặc đảo bỏ lớp đât hữu cơ phía trên rồi đăp trực tiềp nên đường trên sườn dôc
- Khi độ dôc của sườn đôc từ 20 — 50% thì phải đánh e cấp (bac) nhu hinh 1.5 Néu thi cong bang thu: céng thi chiéu réng bac a = Im: néu thi céng bang may thi chiêu rong bac la a = 3~4 m (bang chiéu rộng lưỡi máy ) Bản chất của đánh cấp là thay lực ma sát nhỏ giữa nên đắp và sườn dốc băng sức chống cắt cao hơn của đất đắp
30-50%
Hình 1.5 - Cầu tạo nền đấp trên sườn dée c6 do dée 20 — 50°
- - Nếu độ dốc của sườn dốc lớn hon 50% thi khéng thé dap dat voi mai déc ta luy 1:1,5 duge ntta ma phai dting cac giai phap chống đỡ đề tăng ôn định (kè chân Kẻ vai, xép khan, xay vita bé tong xi mang) (Hinh 1.6 a, b)
Trang 16Xếp đá khan |
Hình 1.6 - Các biện pháp chồng đỡ nên đường trên sườn dỗc
⁄
d) Xếp đá - b) Xá: tường chắn
Các chỗ lấy đất để đắp nên đường phải được quy hoạch trước và dược sự chấp nhận của địa phương theo nguyên tặc sau:
- _ Tận dụng các chỗ hoang hố có chát lượng đất và điều kiện khai thác thích
hop;
- _ Không ảnh hưởng môi trường, tiết kiệm đất đai:
- Kết hợp việc khai thác đất với nông ngư nghiệp (tạo nơi chứa nước, nuôi trồng thủy sản )
1.5.2 Các trắc ngang điển hình nền đường đào
Bao gôm nền đường đảo hồn tồn (Hình 1.7a) và đào chữ L (Hình 1.7b)
a) b) | LON Ne Ị SN `2 Ị ^ a — ` _ NGỘ ! Y ‘ Qe » 2 ™ ` | \ — to NY “0 ¬ NS “ | N— vo ` ` Tà LH ` oa / ! pe TEEN —lằãnh dọc ! t~ i Ễ Rãnh doc |
Hình 1.7 - Câu tạo nên đường đào
đ) Nón đào hoàn toàn b) Nén đào chữ L
Nền đào khi xây dựng sẽ phá vỡ thế cân bằng của các tầng đất, đá thiên nhiền, vì vậy mái dốc ta luy đào cần phải có độ dốc nhất định để đảm bảo ồn định cho ta
luy và sườn dốc
Quyết định độ dốc ta luy đào cần quan sát phân tích cáẻ yếu tố sau: - Thanh phan va tinh chat co lý của các lớp đất đá
- - Thế năm và sự phát triển các mặt nứt kẽ nứt
- - Nguyên nhân hình thành địa chất (sườn tích, đồi tích đá trầm tích ) - _ Tính chất kết cấu và mức độ phong hoá của đất đá
- _ Chiều cao mái dốc `
Trang 17Độ dốc của mái đốc ta luy nền đường đào được lây như sau (TCVN 4054-05):
Bang 1.7 - D6 déc ta luy dao
oo i, Chiéu cao mái dốc (m)
Loại và tình trạng đất đá | <=12m > 12m - Đất loại dính hoặc kém dính nhưng I 1.0 [1.25 ở trạng thái chặt vừa đến chặt ¬x«
- Đất rời 1: 1,50 | 1: 1,75
- Đá cứng phong hoá nhẹ 1: 0,3 1: 0,5 - Da cttng phong hoa nang I:1,0 - 1: 1,25 - Đá loại mềm phong hoá nhẹ - _1:0.75 1: 1,0
- Đá loại mềm phong hoá nặng - 1: 1,00 1: 1,25
Ghi cht bang 1.7: Voi nén dao dat chiéu cao mai déc không nên vượt quá 20 m Với nén dao da mém, néu mat tang da déc ra phia ngoai vdi góc dơc lớn hơn 25” thì mái dơc thiét ké nên lây băng góc dơc mặt tâng đá và chiêu cao mái dôc cũng nên hạn chê dưới
¬ 30m l
Khi chiều cao mái đốc cao hơn 12m thì phải tiến hành phân tích, kiểm tốn Ổn định bằng.các phương pháp thích hợp tương ứng với trạng thái bat lợi nhất (đất,
đá phong hố bão hồ nước)., Với mái dốc băng vật liệu rời rạc, ít dính thì nên áp
dụng phương pháp mặt trượt phăng: với đất có dính kết thì nên dùng phương pháp mặt trượt tròn Hệ số ồn định nhỏ nhất phải băng hoặc lớn hơn 1,25
Khi mái dốc qua các tầng, lớp đất đá khác nhau thì phải thiết kế có độ dốc khác
nhau tương ứng, tạo thành mái đốc đào kiểu mặt gẫy hoặc tại chỗ thay đổi độ dốc bố trí thêm một bậc thềm rộng 1 + 3,0 m có độ đốè 5 — 10 % nghiêng về phía
trong rãnh; trên bậc thêm phải xây rãnh thoát nước có tiết điện chữ nhật, tam giác đảm bảo đủ thoát nước đủ thoát nước từ tầng ta luy phía trên
Tầng đất —m— —.-Ss — —— _ — S LZ a Tầng đá gốc 2⁄2“
Hình 1.8 - Cầu tạo nền đào qua các lớp đất khác nhau
Trang 18Khi mái dốc đào khơng có các tầng lớp đất đá khác nhau nhưng chiều cao lớn thì cũng
nên thiết kế bậc thêm như trên với khoảng „ chiều cao giữa các bậc thêm từ 6 — 12m Tầng đá gốc
Khi đào qua lớp đá cứng chưa bị phong hố
thì có thể dùng dạng đảo nửa ham ok
Khi mái dốc có cấu tạo dễ bị lở rơi thì siữa |
mép ngồi của rãnh biên tới chân mái đốc nên có một bậc thêm rộng tôi thiểu 1.0m Khi da co tuong phong ho hoae khi mai déc thap hon
12m thì khơng phải bố trí bậc thêm này
Hình 1.9 - Cầu tạo nên đào nửa hầm
Phải thiết kế quy hoạch dé đất thừa tử nên đào không được tuỷ tiện đô đất xuống sườn đốc phía dưới gây mất ôn định sườn đốc tự nhiên không được đồ xuống ruộng, vườn sông suối phía dưới Chỗ đơ đất phải được san gạt thành bãi Trồng cây có phịng hộ và có biện pháp thốt nước thích hợp
I.S.3 Cầu tạo nên đường nửa đào nứa đặp
Thường gặp khi nên đường qua các vùng sườn đốc nhẹ (dưới 50%) Lúc nảy có thể vận dụng các cầu tạo nói riêng cho phản đào và phan đắp Khi thi công cần
tận dụng vận chuyển ngang dất từ nửa đào sang nửa đặp (Hình 1.10)
Hình 1.10 - Câu tạo nền đường nửa đào nua dap 1.5.4 Cấu tạo nên đường cao tốc (TCVN 5729-97)
Do cac yéu cầu đảm bảo xe chạy an toàn thuận tiện với tỐc độ cao chống đất đá lở ở doạn đường dao va yéu câu vẻ thiết kế cảnh quan nền đường cao tốc nên được thiết kế với mái đốc thoái như bang |.8 Truong hop bi han ché vé dién tich chiếm đất thì có thể dùng tường chắn hoặc đắp đá thay cho mái dốc đắp Đối với ta luy đào trên các sườn núi có độ dốc ngang lớn, địa hình quá khó khăn và với các ta luy đào đá dap đá thì có thể dùng tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô công cộng TCVN 4054-05
Trang 19Bang 1.8 - D6 déc tạ luy đát nên đường cao tôc
Chiêu cao đắp hoặc chiều sâu đào Mái dốc nền đắp Mái dốc nền đào Đến 1.2m 1:4 (1:3) : 13 >1.2 + 3,0m 1:3 (1:2) 1:2,5 (1:2) >3.0 + 4.5m 1:2.5 (1:1,75) 1:2,0 (1:1.,5) >4.5 + 6,0m 1:2 (1:1.5) 1:1.75 (J:1,5) Trén 6m 1:2 (1:1,5) L:1,5
Ghỉ chú : Các trị số trong ngoặc áp dụng cho các trường hợp địa hình khó khăn hoặc hạn chế về diện tích chiếm đất cho phép
Đỉnh mái đốc đắp nên được gọt trịn với bán kính R=2,5m., chân mái dốc đắp với
R=§.0m; đính mép vai ta luy đào với R=2.5m, dinh mai dốc nền đào với R=2H với H là chiều cao ta luy dao, m
Đề hình dạng nên đường phối hợp tốt với cảnh quan, ở đoạn nên đảo sâu chuyên sang nên đắp nên thiết kế độ dốc ta luy đào thoải dân kể từ giữa đoạn ra đến chỗ bắt đầu chuyển sang đắp (ví dụ từ độ đốc 1:2 ở giữa chuyển dần thành 1:3 rồi 1:5)
1.6 PHONG HO VA GIA CO TA LUY NEN DUONG
Mục đích của việc gia cô mái ta luy là để đê phòng ta luy bị phá hoại do tác dụng của nước mưa nước mặt sóng, gió và các tác dụng khác (như tác dụng phong hoá bẻ mặt) Mùa mưa mái ta luy rat dé bi XĨI thành các vệt xói sâu làm bê mặt
mái ta luy bị phá hoại mái đất lở xudng làm tắc rãnh dọc xói hơng chân ta luy
dẫn đến sụt lở lớn Những đoạn nền đường đắp qua bãi sông ven biển, ven hồ qua các các cánh đồng chiêm thì mái ta luy thường bị sóng vỗ hoặc nước chảy với tộc độ lớn gây xói lở sạt cả đoạn dài Ở vùng núi, các mái ta luy cao có diện
hở lớn càng đễ bị phong hoá nặng, càng đễ bị ngắm nước nhiều dẫn đến phá hoại
Những mái ta luy đất ít dính cịn có thể bị phá hoại do gió thối hoặc do súc vật
trèo qua Do đó, tuỳ trường hợp cân phải có các biện pháp gia cố mái ta luy thích dang, nhat là nhiều trường hợp do bị phá hoại bề mặt lâu dài sẽ dẫn đến cả mái ta
luy mat 6n định toàn khối
Các hình thức gia cô mái ta luy thông thường gồm có:
- Dam nén chặt và gọt nhăn mái ta luy
- Trồng có trên mái ta luy : có thề trông băng cách đánh các vâng có găm có
ˆ hàng lỗi lên mai ta luy để cỏ lan dân ra khắp mái, hoặc gieo hạt cỏ giơng
Cũng có thé trồng các loại cay but
Trang 20Trồng cỏ hoặc cây bụi có tác dụng làm chặt mái ta luy (rễ cỏ) cản trở dòng chảy, điêu tiết độ âm của đất, phủ xanh tạo cảnh quan do đó nên áp dụng với mọi trường hợp (trừ những mái ta luy thường xuyên bị ngập nước)
RD t a Mực nước lũ thiết kế TT
Đào cấp ch Tấm cỏ kích thước 25cm x 40cm, dầy 10cm
néu i>20% NM Moy,
ee 4 ` # - Đắp đất K>0.95 ` TẰĂ- CHI TIẾT A Sa 2 rá CHI TIẾT A uf ! : nếu Í<20% CHI TIẾT TẤM CỎ ¬ ,
SO DO BO TRI VANG CO GIA CO TALUY
Ghim tre 2.5cmx2.5cm dai 30cm
qf J Q s | e BR yt ° | e a
$0000 0 0% 0004 | HHME Gj HE ste
MAT BANG
Hình 1.11 - Gia cơ ta luy nên đường băng lát co
- Gia cỗ lớp đất mặt mái ta luy bang chat lién kết v VƠ CƠ (vơi, xI măng, ) hoặc
chất liên kết hữu cơ
- Làm lóp bảo hộ cục bộ hoặc tường hộ đê ngăn ngừa tác dụng phong hoá
phát triên, nhât là đôi với những đường vùng núi Tường hộ có thê làm băng đá xây 25-30em đặt trên lớp đá dăm hoặc sỏi dày 10-1S5cm
- Lam lớp đất dính đắp bao ta Tuy đối với nền đường dap bằng cát Đất đặp bao hai bên ta luy phải có chỉ sơ dẻo lớn hơn hoặc băng 7 và nên sử dụng câp
phối đồi Bẻ dây đắp bao hai bên ta luy tối thiểu là 1,0m và ngoài vẫn trồng
cỏ
- Lam lóp bảo hộ cục bộ có cấu tạo tầng lọc ngược lại các vị trí trên mặt ta
luy có vết lộ nước ngầm chảy ra Tác dụng của tâng lọc ngược là để nước
ngâm chảy ra khơng Xói cả đất ta luy theo (xói ngầm) do đó góp phân làm cho mái ta lụy ôn định
Trang 21Câu tạo của tâng lọc ngược thường dày tông cộng 30-50cm, ở sát mặt đât bô
trí lớp cát, rơi đên lớp đá dăm, đá sỏi và ngoài cùng là đá hộc xếp khan
Những đoạn nền đắp chịu tác dụng của nước chảy và sóng vỗ thì có thể
gia cố ta luy bằng đá xếp khan trên lớp dăm cát đệm (hoặc thay băng các lớp
vải địa kỹ thuật, lưới kỹ thuật) rọ đá, bỏ đá, xây đá hoặc các tấm bê tông (đồ
tại chỗ hoặc lắp ghép) 100
| | Da héc xây vữa XM M100 day 25cm
| ! trên lớp đá dăm đệm dày 10cm
UW Dao cap O O nếu i>20% © © CC) oro_xo Gà CC) , “, O_O ` s2 K} © OO OF ON xà ý cf’ â â Xe Dap da đ) ơ oP oo PS | - © = _—_t
Đào hưu cơ nêu I<20%
40
Hình 1.12 - Gia cỗ ta luy nền đường băng đá hộc xây
cả
Hình 1.13 - Gia cố ta luy nền đường băng lát đá 1 lớp
Trang 221.7 TINH KHOI LUONG CONG TAC NEN DUONG
Khi thiệt kê phải xác định được khôi lượng công tác nên đường đê lập dự tốn tơ chức thị cơng hay lập luận chứng so sánh các phương án tuyên
Khi tính khối lượng cơng tác nền đường mặt đường, phải căn cứ vào diện tích
(hoặc chiều rộng mặt đường lề đường chiêu dày các lớp kết cấu ) trên các mặt
cắt ngang và người ta giả thiết giữa các mặt cắt ngang sự thay đối của các yếu tổ trên theo quy luật đường thắng bỏ qua phần gỗ ghề của mặt đất (nêu có thay đối lớn thì đã rải chèn thêm các cọc địa hình)
Hiện nay việc tính tốn các diện tích đào, đặp các bê rộng, chiêu dày nói trên được thực hiện băng các chương trình máy tính Khơi lượng cơng tác giữa các mặt cất ngang được tính đơn giản băng công thức sau:
Z7 MUM Mon»
Trong do :
Vio la khdi luong can tính giữa
hai mat cat 1, 2;
% `
E¡ và F› là diện tích (bê rộng chiêu day ) cua mat cat | va 2:
Lị› là khoảng cách giữa hai cọc
I, 2 Hình 1.14 - Tinh toan khéi hrong nền đường
Các khôi lượng công tác cân tính trên mặt cät ngang phụ thuộc vào giải pháp thi cơng có thê là:
- _ Diện tích đào hữu cơ, vét bùn, đánh câp đào rãnh
-_ Diện tích đào, đắp đất đá (lại phân chi tiết thành các cấp đất đá, hệ số đầm
chặt K của các lớp đât )
- Diện tích chiêu dày và loại vật liệu lớp bù vênh
- Chiêu rộng các phân mặt đường (các loại kêt câu khác nhau trên mặt cắt ngang, kêt câu trên mặt đường cũ kêt câu cạp mở rộng ) lề đường (gia cô lê, lê đât ) chiều rộng lớp vải dia ky thuat
- - Chiêu dày các lớp vật liệu đặc biệt
Bảng khôi lượng thường được lập cho riêng từng Km và lập bảng tông hợp khôi
lượng cho toàn tuyền
Trang 23100 1 100 £ 15% i373 101/16/6025 Sitter
en a na pea TES Ao Lee ALY RS
DAP DAT DA TAN DUNG K=95
— X "Ser ir SEK
\ DAO IIUU CƠ
Hình 1.15 - Ví dụ các loại khôi lượng trên mặt cắt ngang nên đường
1.8 TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ SỰ ON DINH CUA NEN DUONG DAP
TREN SUON DOC |
Khi xây dựng nền đường trên sườn đốc đề đâm bảo điều Kiện ồn định tồn khơi, việc thiết Kê tính tốn cần đáp ứng được hai yêu cầu sau:
Nên dường phải đặt trên một sườn độc ôn định và bản thân sườn độc đó vân
ơn định sau khi xây dựng nên dường
Trên cơ sở một sườn độc chăc chăn ôn định, nên đặp phải không bị trượt trên
mặt dốc đó và bản thần mái ta luy của nên đường phải đảm báo ôn định
Như vậy cân phải kiểm toán điều kiện ôn định theo hai nội dung trên 1.8.1 Đánh øiá sự ôn định của sườn độc
LS druwong hop mat trot twong
doi ph ang 4
Trường hợp này có thể xảy ra khi
tang dat phu trên tang da sốc phăng =
, ˆ a Kk CHẤT 2 qrz , RK
Xét một phân tô dât có kích thước SÀN lý
Ly] RRA ——
Hx txt: odvinrt hes ` SEER `¬¬`Š¬>%àx -— _—_—
- Lực gây trượt Fu„=Q.sinơ nh a
- Lực giữ F,=Q.cosơ.tc.l ¬=
CÀ gIA 8 ¬ , 1x VÀNG
Điều kiện on dinh F,> F,, hay ta có | RS SSRs `
Q.cosa.ftc.] > Q.sina Ree
Chia ca 2 vé cho Q.cosa va thay
Q=Viy = hel dy =h.y ta co: Hình 1.16 - Mặt trượt tương đối phăng
Trang 24Điêu kiện ôn định sườn dốc về mặt cơ học được xác định: C
ISf+———— (1-7)
yh cosa
Trong dé: 1 - độ dốc của sườn dốc
f- hệ số ma sát giữa khối trượt trên mặt trượt
y - dung trọng đất khối trượt ở trang thái chứa âm lớn nhất, KN/mẻ h - chiêu dày trung bình của khơi trượt m
c - lực dính giữa khối trượt và mặt trượt, kPa
a- góc nghiêng của mặt trượt so với mặt phăng năm ngang 1.8.1.2 Trwong hợp mặt truọt gãy khúc
Trình tự tính tốn như sau:
- Tại các chỗ thay đổi dốc của mặt trượt, kẻ các đường thăng đứng phân khôi trượt thành các đoạn như hình vẽ Trên mỗi đoạn tính tốn trọng lượng bản thân
khối trượt Q; và chiều đài mặt trượt tương ứng L¡
Hình 1.17 - Mặt trượt gãy khúc phăng
- Xác định các hệ sơ an tồn cho các phân khôi trượt
K _ Tụ — Q, cosa, tan 9, + (1-8)
Fi, Lê Q,.sina, +F_,.cos(a@,-@,_,)
với F¡¡ là lực đây của khối thứ (¡-1) vào khối ¡
- Qua các trị số K; của các đoạn khối trượt đánh giá sự ổn định của từng đoạn,
nêu K; < 1 thì khối có khả năng bị đây trơi xuống phía dưới, nhưng bị khối thứ
Trang 25Cũng có thê tính tốn theo hệ sơ truyền như sau:
- Lan lượt tính toán lực gây trượt F¡ đôi với từng đoạn của khôi trượt theo công
thức:
F¡= Q,(K.SmG/ - cosG¡.tg0;) + F¡.¡.cos(G; - œ_¡)—c.L¡ (1-9)
Trong đó: œ;¡ ~ độ dốc nghiêng của mặt trượt đoạn I: c - lực dính và góc nội ma
sát của khối trượt tmˆ: K - hệ số ồn dinh (1.0 - 1.5)
- Ci cùng tính được lực øây trượt của đoạn khối trượt dưới chân dốc F;,¡ Nêu
E;.¡ <0 thì khơi trượt ôn định trên sườn dốc và ngược lại
1.8.1.3 Trường hợp mái sườn đốc có kha năng phat sinh theo mat trugt quay (mat trugt fron) : truong hop này thường xảy ra đối với các sườn dốc đất sét đồng nhất ở trạng thái đẻo mềm, tính tốn ơn định theo phương pháp phân mảnh xét ở phân dưới
1.8.2 Đánh giá sự ôn định của ban than nén dap
Tren cơ sở một sườn dốc ồn định, đánh giá ôn định của bản thân nên đắp với điều
kiện đảm bảo nên đường không bị trượt trên mặt tiếp xúc giữa nền đắp và sườn dốc
- - Lực gây trượt F„=Q.sinœ (1-10) - Lue git Fy =Q.cosa.f (1-11) Trong do: Q là trọng lượng nên đắp
f là hệ sô ma sát giữa nên đăp
và sườn độc Hình 1.18 - Đánh giá ôn định của nên đặp trên
sườn dôc Hệ sô ôn định: K= r | 2 200s Sic (1-12) i „ C.SIIđØ
Nhu vay để nâng cao mức độ ồn định của nền đắp trên sườn dốc phải dùng các
biện pháp câu tạo đã nêu ở các phân trước
1.9 TINH TOAN ON DINH CUA TA LUY NEN DUONG
Trong trường hợp chiêu cao ta luy nên đường lớn hơn 4-6 m thì khi thiết kế cần phải kiểm tốn ơn định ta luy nên đường
Trang 261.9.1 Đánh giá ôn định của mái dôc thăng đứng
Xét một vách đât thăng đứng khôi đât trẻn nó sẽ bị mât ôn định và trượt theo một mặt trượt nào đó (Hình 1.19),
Chia khôi đât trượt thành nhiều mảnh nhỏ I.2 1 (mảnh có chiêu rộng 1-2m) Xét điêu kiện cân băng cơ học mảnh thứ ¡ bât kỳ có chiêu cao h; va rong d;
h Mặt trượt (Ì
Hình 1.19 - Đánh giá ôn định của mái dôc thăng đứng
Taco: - Luc gay truot: T;¡= Q;.sm0ơy (1-13)
i d,
- Lực g1ữ: N,=Q,cosơ,.tgọ+C———— (1- COSC,
Trong do: = Q; - trọng lượng mảnh dat i Q; = dj.h; 1-7
y, C » - dung trong lực dính và góc nội ma sát cua dat Khi T; > N; thi vach dat mat ôn định và ngược lại
O trang thai can bang gidi han ta c6 1; =N; °
¬ ; —q -
Puc là: Q sing, =Q cosa te +C —+— (1-15)
COST
tà có , C ca
Chia hai vẻ cho Q;.coSG¡ ta có: tea, =.tg@ + -——— —_ (1-16) hay o=f(h) w cos’ a,
Nếu ta luy nén duong dam bao cho góc mái co cua nd thay ddi theo h; và luôn luôn
phù hợp với điều kiện (1-16) thì về mặt cơ học ta luy nên đường sẽ ồn định toàn
Khối
Phân tích từ điêu kiện (1-16) :
- Với đât cát có C = 0 muôn ôn định thì ta luy phải có góc dộc băng góc nghỉ tự
nhiên (œ = @) điêu này hoàn toàn được chứng thực trên thực tê
- Với đât dính có € # 0: điều Kiện ôn định cơ học của mái đốc phụ thuộc vào
chiêu cao mái ta luy hị khi hị —> 0 thì ơ; —> 90” khi hị —> z thì ơ; => @ Nhu vay
với đât dính câu tạo mát ta luy nên có dạng trên dốc dưới thoải
Trang 27Từ điều kiện (Ê) Maslop đơn giản hoá và thêm vào hệ sơ an tồn K (1-].Š), ta có
tgø, =-L|ige+-— K ?h, (1-17)
Góc mái dốc ta luy a; duoc thiết kế thay đổi theo từng lớp đất theo điều kiện (1-17) thi sẽ ôn định
Phương pháp này chỉ có thể áp dụng với các mái dốc nên đắp hoặc nền đào
nhưng trên đỉnh ta luy là mặt đất năm ngang còn trong trường hợp khác thì phải dùng phương pháp phần mành xét ở dưới đây
1.9.2 Phương pháp phân mảnh
Nên đường là một kêt câu trải đài theo tuyên nên thường cắt Im dai theo doc tuyên đê phân tích tính tốn ơn định mà không xét dén lực trên hai mặt căt thăng đứng trước và sau (như vậy là thiền về an toàn)
Phương pháp phân mảnh là dùng øñ-/ mặt thăng đứng căt khôi đât trượt thành ø
mảnh (hình 1.20a) Các lực tác dụng lên mảnh thứ ¡ (hình 1.20b) gơm có
- - Lực thăng đứng đã biệt Q;: Trọng lượng bản thân của phân mảnh và tải trọng xe - - Lực năm ngang W; : Lực quán tính động đât
- - Lực tương hồ giữa các mảnh chưa biệt có thê phân thành lực đây ngang E¡ và lực cat thang dung T;
- Phan lực ở đáy của phân mảnh: Phản lực pháp tuyến N; và phản lực chống trượt S¡ với giả thiết là tác dụng của N; là điểm giữa của mặt đáy phân mảnh
B a) b) Hình 1.20 - Phương pháp phân mãnh
a) Cach phan manh b) Tình hình chịu lực
Trang 28Lây cùng một hệ sơ an tồn K giơng nhau cho các phân mảnh, tức là giả định
cường độ kháng căt ở đáy các phân mảnh đêu đạt tới trạng thái cân băng giới hạn Từ điêu kiện cân băng giới hạn (định nghĩa của hệ sơ an tồn) ta được:
l
S, =-=(C,l, + N,4gØ,) (1-18)
Trong đó : C¡, ; la lực dính và góc nội ma sát của mảnh thir 1; J; la chiều dài mặt trượt; K là hệ số an tồn cần tìm
Đồng thời mỗi phân mảnh có ba điều kiện cân băng (lực và mômen) Tuỳ theo sự
khác nhau của giả thiết và phương pháp xử lý mà dẫn đến các phương pháp khác
nhau Dưới đây giới thiệu các lời giải tính định của phương pháp phân mảnh
thường gặp
1 Phương pháp phần mảnh giản đơn (Côn gọi là phương pháp phán mảnh cỗ điển; phương pháp theo Fellenius, phương phápThuy Điển hoặc Ordinary Method)
ee
oye
Phương pháp này do W.Fellenius người Thụy
Điển đề xuất từ năm 1926 với giả thiết khối đất trên ta luy khi mất ồn định sẽ trượt theo mặt trượt hình trụ trịn nhưng khơng xét đến tác dụng của các lực giữa các phân mảnh
Như vậy n phần mảnh có 2n đại lượng chưa
biết (N; và S¡) và một hệ số an toàn K, cộng lại có 2n+] đại lượng chưa biết
weg
ope:
Xét bai todn phang nhu hinh 1.21a, phan khdi
đât trượt hình trụ trịn thành các mảnh Wolmar Fellenius (1876 — 1957)
Căn cứ vào giả thiệt là các phân mảnh đông thời đạt tới sự cân băng giới hạn
(trượt tơng thê) có thê chỉ cân xét tới điêu kiện cân băng mômen của tồn khơi
trượt quanh tâm trượt O, bán kính là tức là › M=Q0
Ta có: SS,R =ŠQ¿xị + VW¡z2¡ (1-19)
Trang 29{ = Gì N, an -\ Ơi ` oS a) Fellentus b) Bishop
Hinh 1.21 - Phuong phap phân mảnh
Trong đó ơ; = are sin(x/R) là goc nghiêng của mặt trượt của phân mảnh tức là góc kẹp giữa phản lực pháp tuy ến với trục tung y
Thay N; = Q;.cosa; — W;.sina; vao (3) ta được
"`" rie sing, +W ! | Z ay
R
Trong nhiéu truong hop W; rất bé,so với Q hoặc chênh lệch giữa z, va y; la khơng lớn do đó có thể coi gan đúng (z/R=y,/R=cosơ;) và có thể sửa lại (4) là
_ SIC, +(O, cosa, —W sina, hig @, |
1-22 > (0, sina, +W cosa, ) ( ) Nếu không xét đến lực quán tính động đất W; thì ta có cơng thức
r » LÓ, cos a; LEP; + Ci, ,
K= YO sina) ; (1-23)
và trường hợp nếu đất đồng nhất có c, và y như nhau, ta có:
tơợ }-(Q,cosz,)+c.bE
_ 1802, > (9, sina, ) (1-24)
với L= })l¡ — chiêu dài cung trượt của cả khôi trượt
w
Phuong phap nay hoan toan khong xet đến-ảnh hưởng của các lực giữa các phân mảnh, về mặt lý thuyết đó là điều chưa hoàn chỉnh, sai số của kết quả tính tốn
vào khoảng 10-20% Nhưng việc tính tốn bằng số đơn giản, sai số của K không lớn, do đó vẫn được sử dụng rộng rãi, nhưng chỉ thích hợp trong trường hợp mặt trượt là một cung tròn
Trang 302 Phuong phap Bishop (1955)
Theo phương pháp này, việc tính tốn ơn định cũng giống như phương pháp
Fellenius chỉ khác là ở mỗi mảnh trượt Bishop có xét đến các lực đây ngang E¡ và E;.¡ tác dụng từ hai phía (khơng quan tâm đến điểm dat luc) hinh 1.21b
Lay một phân mảnh ¡ bất kỳ có các lực : Trọng lượng Q; : lực quán tính động đất
W; ; phản lực đáy phân mảnh pháp tuyến N;; lực chống trượt S¡ và E¡ và E¡,p - Từ phương trình cân băng lực trên hướng của mặt trượt
S; + (E; - E;.)) cosa; = Q,.sina; + W cosa,; (1-25) Ta duoc
AE =E,-E., =O1ga, +W,-S— COS Ø, (1-26)
Do khối đất ở trạng thái cân bằng mm = 0 nén ta co:
Y(Oiga,+W)= SS, (1-27)
COS,
Thay S; từ (1-18) vào công thức trên và rút K ra ta có:
» (C, f + N, LEP, ) a
COSa
K= 1-28
Lại dùng phương trình cân băng lực trên hướng thăng đứng của phân mảnh
(1-29)
Nj.cosa, + S,.sina, = Q ‘
Thay (1-18) vao (1-29) va rut N; ra ta co:
N.=— (1-30)
COSØZ, +—-fØØ0 ft K Sứ SInø i
QO - J Cl, sing,
K
Thay vao (1-28) sau khi chinh ly ta được: yfcu + O, J IQ, Hd, 1
cosa COSØ, và | 7 |
; VOL 171, -(1+ Levoca (1-31)
(
K= » (O, (ga, +W,
Công thức trên suy ra từ phương trình cân băng lực (không xét đên điêu kiện cân bằng momen), thích hợp với mặt trượt hình dạng bất kỳ Nếu là mặt trượt tròn, ta rút ra được hệ số an toàn K từ điều kiện cân bằng mô men như sau:
Thay N; từ (1-30) vào (1-20) và rút gọn ta có cơng thức xác định K
Trang 31Ig , Cl+Q ° P J1, cOS Ø, 2 K= (1-32) Z » @,sinø, +H,—— R
Do m; trong cong thức hệ sơ an tồn trên bao gềm cả K trong đó như vậy chỉ có
thê dùng phương pháp tính thử dân đê xác định trị sô K
3 Cac phương pháp khác
Ngoài hai phương pháp nêu trên còn rất nhiều các phương pháp theo cách phân mảnh khác nhữ phương pháp Janbu Morgenstern-Price, Spencer, Corps of Engineers hoặc phương pháp dựa vào lý thuyết cân băng giới hạn tổng quát GLE (General Limit Equilibrium),
Nhận xét: Với cùng một mái dốc, do các giả thiết dùng cho các phương pháp phân mảnh khác nhau nên hệ số an toàn tính ra cũng sai khác nhau Thông
thường phương pháp Fellenius do hoàn toàn bỏ qua các lực giữa các phân mảnh nên trị số K tìm được là nhỏ nhất, phương pháp Bishop, Janbu có xét đến các
lực tác dụng giữa các phân mảnh nên giá trị K lớn hơn Như vậy dùng phương
pháp phân mảnh giản đơn thì cho kết quả thiên về an tồn hơn
1.10 KIỀM TỐN ĐỘ ƠN ĐỊNH
Trình tự cơ bản của việc kiêm tốn độ ơn định của nên đường như sau:
Ì Căn cứ vào hình dạng mặt trượt có khả năng xuât hiện của nên đường (bao
øôm các địa tâng xung quanh) chọn phương pháp phân tích tính tốn
2 Chia khơi đât trên mặt trượt thành các phân mảnh thăng đứng với sô lượng hợp lý
3 Dựa vào các tô hợp tải trọng khác nhau tính toán trọng lượng bản thân của các phân mảnh và các lực tác dụng đã biệt khác
4 Xét tới điêu kiện làm việc của mái dôc, chọn chỉ tiêu cường dé khang cat trên mặt trượt, tính hệ sơ an tồn của mặt trượt đó
5 So sánh hệ sô an toàn của mặt trượt nguy hiểm nhật tìm được trong từng
trường hợp với trị sô cho phép quy định đê phân tích xem nên đường có ơn định hay khơng
Ta lần lượt nghiên cứu từng vân đê trên
1.10.1 Tô hợp tải trọng
Khi phân tích ôn định của nên đường thông qua việc xem xét ba trường hợp tô hợp tải trọng bât lợi sau đây:
Trang 321 T6 hop chú yếu: Bao gồm các lực tác dụng thường xuyên trên mái dốc như
trọng lượng bản thân của khối đất trượt tải trọng ô tô trên đỉnh nên dường (tar
trọng tính tốn) với nền đường ngập nước phải xét tác dụng đây nỗi của nước ở mực nước đọng thường xuyền
2 Tổ hợp tải trọng kiếm toán: Thay đỗi tải trọng ô tô trong tổ hợp chủ yêu băng tải trọng kiểm toán xe xích hoặc xe nhiều bánh hoặc có xét đến tác dụng của lực chảy thấm (lực thuỷ động) gây ra do nước rút trone mùa lũ
3 T6 hợp động đất: Bao gồm trọng lượng mái đât và lực động đất Đối với nên
đường ngập nước thì phải xét tác dụng đây nổi của nước ở mực nước đọng thường xuyên Do thời gian xuất hiện mực nước lũ cao nhất tương đối ngan,
khả năng phát sinh đồng thời với động đất rất nhỏ nên không xét đến lực chảy
thấm Ngồi ra cũng khơng xét đến tác dụng của tải trọng ô tô
Căn cứ vào điều kiện làm việc của nên đường dé tiền hành kiểm toán nếu tất cả
đều thoả mãn yêu cầu mới có thể xem nên đường là ơn định
1.10.2 Hình dạng và vị trí của mặt trượt
Kết quả quan tr ắc nghiên cứu cho thấy là hình dạng và vị trí của mặt trượt khi nên đường mật ổn định có liên quan với hình dạng bên ngoài của mặt cắt ngang nên đường tính chất của đất đá và cầu tạo địa tầng
LÁ M | | | | a) b) | 4.511
Hình 1.22 - Quỹ tích tâm trượt nguy hiểm nhất nền đắp
a) Đất cát c=0 #0 b) Đất có cả c và @
Với các mái dốc băng đất thấm nước (đất hạt lớn kém dính) mặt trượt khi pha hoai thường là mặt phăng thường dùng phương pháp mặt trượt phăng để kiểm toán ổn
định Với các mái dốc bằng đất dính thường mặt trượt là mặt trượt tròn, dùng
phương pháp phân mảnh giản đơn hoặc Bishop để phân tích đánh giá Mặt trượt
khi mái dốc mất ôn định sẽ phát sinh ở chỗ yêu nhật, là chỗ mà ứng suất cắt lớn
Trang 33hơn sức kháng cắt Do đó khi ta luy nên đường đắp băng đất đồng nhất DỊ sụt trượt thì mặt trượt thường đi qua chân ta luy hoặc qua chỗ đổi dốc trên mặt ta luy Vị trí tâm trượt nguy hiểm nhất có thể dùng phương pháp 4.5H hoặc phương pháp 36), Các giá trị Bị và Ba tra bảng 1.9
Bang 1.9 Gia tri ava B
i:m B: (độ) B› (độ) 1:m B¡ (độ) B; (độ) 1:0.58 29 40 1:2 25 35 1:1 28 37 1:3 25 35 121.5 26 35 1:5 25 3]
Với nền dường đắp trền đất yếu khi chiêu cao nền đắp lớn hơn chiều cao giới hạn thì nền đắp và nên thiên nhiên cùng trượt, mặt trượt thường là mặt trượt tròn
và khoét sâu vào đât yếu Vị trí tâm trượt nguy hiểm nhất của nên đường đắp trên
đất yếu thường-năm trong tứ giác EFDC như hình 1.25 Khi chiêu sâu lớp đất yếu
băng và nhỏ hơn chiêu cao nên dap thì giới hạn đưới của mặt trượt nguy hiểm nhất thường tiếp tuy ến với đáy của tầng đất yếu (đỉnh của lớp đất cứng) còn khi tang dat yếu tương dỗi sâu thì độ sâu của mặt trượt thường từ (1-1.5)H Thơng thường thì điểm dưới của cung trượt n8uyv hiểm nhật øIao nhau với mặt đât thiên nhiên ở ngoài chân ta luy A còn điểm trên thì cắt qua xung quanh vai đường
(đất đắp càng dính thì càng gân điểm G còn đất đắp băng cát c=0 thì năm ở khoảng giữa tim đường và điểm B)
Quỹ tích tâm trượt
C
—
Hình 1.23 - Quỹ tích tâm trượt nguy hiểm nhất nền đắp trên đất yếu
Các mái đất gồm nhiều loại đất đá hay có tâng đất kẹp mềm yếu thường bị phá hoại đo trượt theo mặt giới hạn giữa các lớp đât đá hoặc theo tầng đất yếu
Trang 341.10.3 Phân mảnh và tính trọng lượng bản thân
Khi phân mảnh khối đất trượt phải chú ý chọn chỗ thay đổi mặt trượt và thay đổi
mặt đất làm giới hạn của các mảnh Như vậy mới có thể xác định hướng mặt trượt ở đáy của từng phân mảnh chỉ tiêu cường độ kháng cắt của nó cũng khơng
thay đối, tiện lợi cho việc phân tích tính tốn Với mặt trượt tròn, chiều rộng của
mỗi phân mảnh thường từ I-2m, số mảnh thường khoảng > 20-30, nếu ít q thì
độ chính xác thấp 4
Trọng lượng bản thân của các mảnh băng thê tích của nó nhân với dung trọng của đât với các mảnh có nhiều lớp đât thì phải chia lớp đê tính trọng lượng môi lớp rồi cộng lại
1.10.4 Tính đơi tải trọng xe cộ
Tải trọng xe cộ được xem là tải trọng của sô xe nặng tôi đa cùng một lúc có thê đơ kín khăp bê rộng nên đường (Hình 1.234) phân bô trên I m chiêu dài đường: tải
trọng này được quy đôi tương đương thành một lớp đât đặp có chiêu cao là h, xác định theo công thức sau:
ZO ————>l1 c/2 | b |[~— aac d boat | b -~ e/2 ¬
L„ pa Hinh 1.24 - So d6 xép xe dé xác định tải trọng xe cộ G h.=— 1-33 Ms y.B.¢ ( Trong đó: G - Trọng lượng một xe (chọn xe nặng nhất) kN
n - Số xe tối đa có thể xếp được trên phạm v1 bê rộng nên đường (Hình 1.24)
y- Dung trọng của đất đắp nền đường, kN/m`
-? - Phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc, m (như Hình 1.24)
Trang 35Có thể lấy £ = 4.2m với xe G = 130 kN;
lấy = 6.óm khi xe có G = 300 RN:
lấy £ = 4.5 m với xe xích có G = 800 KN
B là bê rộng phân bố ngang của các xe (mét) được xác định như ở sơ đồ hình 1.24 theo công thức sau:
B=n.b+(n-l)drte (1-34)
Trong đó thường Ì ay b = 1.8m voi cac loai 6t6; b = 2,7m với xe xích; d là khoảng
cách ngang tôi thiểu giữa các xe (thường lấy d = 1,3m); e là bê rộng lôp đơi hoặc vệt bánh xích (thường lấy e= 0.5-0.8m); còn n được chọn tôi đa nhưng phải bảo đảm B tính được theo (1-34) vẫn nhỏ hơn bê rộng nên đường Như vậy khi tính tốn có xét đến tải trong xe cộ thi tai trong dap xem như được cao thêm một trị sé hy
1.10.5 Tính tốn lực động đất
Tải trọng động dat được kế đến khi tính tốn kiểm tra mức độ ổn định của nên
đường chính là lực quán tính do động đất của bản thân khối trượt lực này xem
như ty lệ thuận với trọng lượng bản thân khối trượt:
W; = K Q; (1-35)
Trong do:
W; - Lực động đất tác dụng trên một mảnh trượt ¡ (hoặc khôi trượt ¡) (kN), W¡ có điểm đặt là trọng tâm mảnh (hoặc khối trượt) và có phương năm ngang từ phía trong nên đường ra phía ngồi mái ta luy nền đắp;
Q;- Trọng lượng của mảnh trượt ¡ (hoặc khối trượt ¡), kN;
K¿ - Hệ số tỷ lệ được lây tuỳ thuộc cấp động đất như ở Bảng 1.10
Bang 1.10 - Hệ số tỷ lệ K, Cấp động đất 7 § 9 10 1] 12 Hệ số K, 0.025 0.05 0.1 | 0.25 0.5 0.5
Phân vùng động đất của nước ta có thể tham khảo ở Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam và chỉ những vùng có thể có động đất từ cấp 7 trở lên thì khi tính tốn mới phải xét đến lực động đất Ngoài ra cịn có thể tham khảo cách tính lực động đất
ở tiêu chuẩn ngành 22 TCN 221-95
1.10.6 Xét đến lực đẩy nỗi và lực chảy thấm
Sau khi nền đường thấm nước, khối dat ở dưới đường thâm nước (hoặc đường
mực nước) chịu tác dụng của lực đây nồi (áp lực thuỷ tinh) va luc chay tham (ap
lực thuỷ động) và sức chống cắt của đất cũng giảm xuống, những điều nảy đều ảnh hưởng đến sự ôn định của nên đường ngập nước, khi phân tích phải xét tới
Trang 36R Mặt trượt
Mực nước cao <
—ÌẦD —— a
Mực nước
tường bão hoà nước
Mực nước thấp b —_ 4
Hình 1.25 - Phân tích ơn định của nên đường thầm nước
a) Nuoe tinh hb) Co tham nước
Trong điều kiện mức nước tĩnh, tất phải có sự cân băng giữa hợp lực của áp lực
nước lỗ rỗng (tức lực đây nổi) xung quanh mảnh với trọng lượng nước của phần thể tích thấm nước của phân mảnh (hình 1.25a) Khi phân tích ơn định trong trường hợp này chỉ cần dùng dung trọng đây nơi để tính trọng lượng đất của bộ phận thấm nước thì có thể không cân xét đến lực tác dụng của nước ở trên mặt giới hạn của mảnh
Dung trọng đây nôi của đât có thê tính theo công thức sau:
Y — m~ Yw 7 Yao (1- n)yw (1-36)
Trong đó :
*` ,Yma Ya : Dung trọng đây nồi dung trọng bão hồ và dung trọng khơ
của đất (kN/m) |
- w : Dung trọng của nước (băng I0 kN/m) - —n; Độ rỗng của đất (%)
Khi có chênh lệch mức nước trong và ngoài mái ta luy thì sẽ phát sinh sự chảy
thâm Bộ phận ở dưới đường bão hoà ngoàải việc chịu tác dụng của lực đây nơi
cịn chịu tác dụng của lực chảy thâm Nếu mực nước ở ngoài mái ta luy giảm đột ngột (Hình 1.25b) thì lực chảy thấm hướng ra mặt ngồi mái đất và đó là trường hợp bất lợi nhất với sự ồn định của nên đường Thường dùng áp lực nước trên chu vi khối đất trượt và trọng lượng nước của bộ phận thể tích thấm nước để thay thế cho tác dụng của lực chảy thấm
Trang 37Xét phần thể tích ở dưới đường bão hoà trong phạm vi khối đất trượt để xét, ta có
các lực tác dụng vào phần khối nước lỗ rỗng này bao gồm: Áp lực nước U trên
mặt trượt ab"c, áp lực nước U' trên mặt ta luy bc, hợp lực của trọng lượng nước
lỗ rỗng và lực đây nổi băng trọng lượng nước Q, của thể tích khối đất trượt năm
dưới đường bão hoà hợp lực của ba lực trên (cộng véc to) là lực chảy thấm D Với nên đường ngập nước thường dùng phương pháp phân mảnh giản đơn dé kiêm toán độ ôn định Dựa vào cân băng mô men vớt tâm trượt Ơ ta có hệ sô an
toan K tu (1-23)
RSQ, cosa, 12@~, + Cử | »y (Ox, )+ Dr
Trong đó:
- —Q;: Trọng lượng bản thần của mảnh có xét đên tác dụng của lực đây nôi
của nước đôi với bộ phận ở dưới đường bão hoà - _ r: Cánh tay đòn của lực chảy thâm D với tâm O
Do lực U thăng góc với cung trượt tròn nên phải đi qua tâm O, do đó mơ men của nó đơi với tâm Ơ băng khơng: Mơ men của áp lực nước U` và trọng lượng nước
dưới mặt bb" lây đôi với tâm trượt sẽ triệt tiêu nhau và do đó:
Dr=Q\.x (1-38)
- Q’ w trọng lượng nước của bộ phận thê tích năm dưới đường bão hoà và
năm trên mực nước thập nhất bb
- x: canh tay don cua Q’, lay đỗi với tâm trượt O
Cũng có thê dùng phương pháp phân mảnh tính toán Q”¿.x` cho từng mảnh ¡, khi
đó cơng thức (1-37) sửa lại thành
cóc 2 |O,c0sđ,460, + Cl | — 3 |0 cosa,4gø, + Cả | (1-39)
» (O, +Q., sina, SO! sing,
Trong đó :
- Q wi: Trong lượng nước của bộ phận thẻ tích năm trên mực nước thấp
nhât và dưới dường bão hoà
- =Q?;: Biểu thị trọne lượng của phân mảnh tính tốn với bộ phận ở dưới
đường bão hoà vả trên mực nước thấp thì dùng dung trong bao hoa, bo
phận ở dưới mực nước thấp nhất thì dùng dung trọng đây nỗi
Gradien thuỷ lực của dòng thâm của các loại đất có thể lấy theo bảng 1.11 sau:
Trang 38Bang 1.11 - Gradien thuy hực dòng thâm
Loại đất | Gradien thuỷ lực Cát hạt lớn 0.003-09.006 Cát 0,006-0,020 A cat 0,020-0,050 Á sét 0.050-0.100 Sét 0.100-0.150 Sét nang 0.150-0.200 Than bun 0.020-0.120 Mực nước cao _—— _] Mực nước thấp
Hình [I.26 - Xác định đường thâm nước
Đường thâm nước khi mức nước lũ rút đột ngột được xác định sân đúng như hình 1.26 phụ thuộc vào Gradien thuỷ lực [ của dòng thâm
1.10.7 Chon các tham số tính tốn
Khi kiêm tốn ồn định của nền đường cần phải xác định các tham số của đất như
dung trọng y của khối đất trượt, chỉ tiêu cường độ kháng cắt C, @ trên mặt trượt Khi xác định các chỉ tiêu cơ lý này thì phương pháp lây mẫu và thí nghiệm phải giống như tình hình làm việc thực tế của nền đường Đối với nền đường đảo và
mái dốc thiên nhiên thì lấy các số liệu thí nghiệm mẫu đất nguyên dang con voi
nên dap thi lay số liệu thí nghiệm của mẫu đất đầm chặt (được chế bị theo yêu cầu độ chặt quy định) Thường dùng các thí nghiệm cắt nhanh, hoặc cắt không thoát nước để xác định các chỉ tiêu C Ọ
Mỗi chỉ tiêu thông thường phải có ít nhât 6 số liệu và trị số tính toán được xác
định theo công thức :
Trang 39At=AiuTÔ với d=, (1-40)
Trong đó:
- A, : Trị số tính tốn - Abu: TTỊ số bình quân
- — Ö _: Độ lệch binh phương trung bình
- n : Sơthínghiệm 1.10.8 Hệ số an toàn cho phép
Hệ số an tồn tìm được K>l1.,0 nếu xét về mặt lý thuyết thì nền đường ồn định, nhưng trong thực tế vẫn phát sinh hiện tượng mất ôn định (cũng có thé khi K<1,0
mà không bị trượt) Nguyên nhân của tình trạng này chủ yếu là do việc chọn trị số C và phương pháp kiểm toán, phân tích khơng thật phù hợp với thực tế Do đó phải xét đến sự an tồn và tính kinh tế của cơng trình mà quy định hệ số an
toàn cho phép (thấp nhât) thích hợp để đánh giá sự ôn định của nên đường Phải dựa vào mức độ quan trọng của cơng trình, sự gần đúng của phương pháp phân tích kiểm tốn sự hoàn chỉnh của tài liệu thu lược sai số của chỉ tiêu cường độ,
sự hợp lý về mặt kinh tế cơng trình mà định ra hệ số an toàn cho phép Dựa vào
kinh nghiệm thực tế giá trị hệ số an toàn cho phép thường thay đổi từ 1,10 đến
1.25 và có thê lẫy như sau:
Đôi với tô hợp chủ yêu Kunin = 1,25 Đôi với tơ hợp kiêm tốn = Kyyin > 1,15
Đối với tổ hợp động đất — K„„„> 1,10 (Kinin > 1,15 néu ta luy cao hơn 20m)
Và theo kinh nghiệm thì khi dùng phương pháp phân mảnh giản đơn K„¡a > 1,20
và khi dùng phương pháp Bishop Kia > 1.40 thì đảm bảo ơn định
1.11 CHUONG TRINH KIEM TOAN DO ON DINH
Hiện nay có rất nhiều các phần mém phan tich, kiém toan độ ốn định của nên
đường, nhưng thông dụng nhât là module Slope/w tính ơn định mái dôc trong bộ
chuong trinh GEO-SLOPE cua CANADA
1.11.1 Giới thiệu về Slope/w
Slope/w là một module phân tích ồn định mái dốc trong bộ chương trình GEO- SLOPE của CANADA - Bộ chương trình được đánh giá mạnh nhất hiện nay trong việc giải các bài toán địa kỹ thuật và mơi trường
Slope/w có các khả năng :
Trang 40- Kha năng mơ hình hố : Mơ hình hố các phương pháp phân tích (Bishop, Janbu, Ordinary, .), m6 hinh hoa mặt trượt, mô hình hố các áp lực nước lỗ
rỗng, mơ hình hố tải trọng (phân bố, tập trung, neo ) và mơ hình hố đất
khơng bão hồ
- _ Phân tích ổn định mái ¡ dốc theo quan điểm xác: suất : Dùng phương pháp phân
tích Monte Carlo, giải quyết được bài toán về tính biến đổi ngẫu nhiên của các thông số đầu vào dùng hàm phân bố với độ lệch, phương sai đã biết và
xem kêt quả phân tích theo xác suất
Slope/w su dụng ly thuyết cân băng các lực và mômen để tính hệ số an toản chống lại sự phá huỷ Lý thuyết cân bằng giới hạn tong quat (General Limit
Equilibrium-GLE) duge trinh bay va sur dung xem nhu vấn để liên quan tới hệ số
an toàn của tất cả các phương pháp nói chung cho bài tốn ơn định trượt
Slope/w được sử dụng rộng khắp trên 100 nước, ở nước ta một số công ty tư vấn thiết kế cơng trình thuỷ lợi, xây dựng và giao thông cũng bắt đầu dùng Slope/w và thu được các kết quả khả quan
Phiên bản thông dụng nhất được sử dụng hiện nay là Geo-Studio 2004 6.20 (xem thêm www.geo-slope.com)
1.11.2 Những khả năng của Slope/w trong thiết kế cơng trình giao thơng
- _ Tính tốn ơn định mái dốc nền đắp thơng thường nên đắp có neo cốt
- Tinh 6n định chống trượt sâu của nên dap trén dat yếu
- Tính ổn định của nền đắp trên đất yếu có sử dụng vải địa kỹ thuật - _ Tính ồn định chống trượt của cảng, kè, tường chắn
Slope/w có xét đến tất cả hệ số lực động đất, áp lực nước lỗ rỗng áp lực khí lỗ
rỗng, đất khơng bão hoà va đưa ra được hệ số ôn định theo nhiều phương
pháp, vẽ được đường đồng hệ sô ôn định, có thể biêu diễn kết quả trên dé thị, cho
phép xem hệ số ôn định và phân tích lực của các mảnh chia với tâm trượt và mặt
trượt bất kỳ
Slope/w sử dụng đơn giản, trực quan kết quả chính xác, trình bày đẹp, hồn tồn
trong mơi trường Window, có thể in trực tiếp dán hoặc kết xuất kết quả sang các ứng dụng khác của Window
1.11.3 Một số ví dụ minh hoạ 1 Ví dụ 1
Tính tốn ốn định của mái ta luy cao 5m độ dốc 1/1.5 Đất á sét có các chỉ tiêu
y=18.62 kN/in’, C=14.70 kPa, @=1 7
Sau khi tính toán, ta được các hệ số an toàn nhỏ nhất theo Bishop: K„m=1.842, theo Janbu: K,yjin=1.719 , theo Ordinary (Fellenius): Kin= 1.755