Qt khao sat thiet ke duong dat yeu

Mục Lục Trang I Các quy định chung (định nghĩa, nguồn gốc, phân loại đất yếu) II Các yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế II.1 Các yêu cầu ổn định II.2 Các yêu cầu tiêu chuẩn tính toán lún II.3 Các yêu cầu thiết kế bố trí hệ thống quan trắc trình thi công đắp đất yếu II.4 Xác định tải trọng tính toán III Các yêu cầu khảo sát phục vụ viƯc thiÕt kÕ nỊn ®êng qua vïng ®Êt u 11 III.1 Các yêu cầu chung 11 III.2 C¸c quy định khảo sát địa hình 12 III.3 Các quy định khảo sát thí nghiệm địa kỹ thuật 12 IV Các giải pháp thiết kế đắp đất yếu 15 IV.1 Các yêu cầu chung cấu tạo đắp đất yếu 15 IV.2 Đắp trực tiếp đất yếu 16 IV.3 Đào phần hoặc đào toàn đất yÕu 18 IV.4 Gi¶i pháp đắp bệ phản áp 20 IV.5 Tầng cát đệm 20 IV.6 C¸c biƯn ph¸p tho¸t níc cố kết theo phơng thẳng đứng (sử dụng giếng cát hc bÊc thÊm) 21 IV.7 Sư dơng vải địa kỹ thuật để tăng cờng ổn định đắp đất yếu 23 IV.8 Các nguyên tắc lựa chọn giải pháp thiết kế 26 V Tính toán ổn định đắp đất yếu V.1 Phơng pháp tính toán V.2 Nh÷ng chó ý vận dụng phơng pháp tính toán phân mảnh cổ điển Bishop V.3 Các trờng hợp tính toán ổn định thông số tính toán tơng ứng 27 27 Tính toán lún đắp ®Êt yÕu VI.1 TÝnh ®é lón cè kÕt Sc VI.2 Dự tính độ lún tổng cộng S độ lún tøc thêi S i VI.3 Dù tÝnh ®é lón cè kÕt theo thêi gian trờng hợp thoát nớc chiều theo phơng thẳng ®øng VI.4 Dù tÝnh ®é lón cè kÕt theo thêi gian trờng hợp thoát nớc chiều (có sử dụng giếng cát bấc thấm) VI.5 Những ý dù tÝnh lón 33 33 35 VI 29 31 36 38 41 Phụ lục : Xác định trị số áp lực tiền cố kết số nén lún đât yếu 43 Phụ lục : Tính toán ứng suất nén (áp lực) thẳng đứng zi tải trọng đắp tải trọng phản áp gây đất theo toán đồ Ostezberg 48 Céng hßa x· héi héi chủ nghĩa việt nam Bộ giao thông vận tải quy trình khảo sát thiết kế đờng ô tô Đắp đất yếu 22TCN 262- 2000 Tiêu chuẩn thiết kế Cã hiƯu lùc tõ 15/ / 2000 (Ban hµnh theo Quyết định số 1398 /QĐ - BGTVT ngày / / 2000 cña Bé trëng Bé GTVT) I Các quy định chung I.1 Quy trình đợc áp dụng tiến hành khảo sát thiết kế đờng ôtô đắp đất yếu, bao gồm đắp đờng cao tốc đắp đờng ôtô cấp Ngoài đợc tham khảo áp dụng đắp sân bay vùng đất yếu Trong quy trình quy định rõ yêu cầu cần phải thực việc khảo sát địa hình, điều tra thử nghiệm địa kỹ thuật vùng đất yếu có tuyến đờng qua; đồng thời quy định rõ yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế cần phải đảm bảo đạt đợc thiết kế đắp đất yếu với yêu cầu cấu tạo phơng pháp tính toán tơng ứng, nh việc lựa chọn giải pháp phạm vi áp dụng giải pháp thờng dùng để xây dựng đắp đất yếu (không đề cập đến giải pháp đặc biệt nh xử lý ®Êt u b»ng ®iƯn thÊm, b»ng cäc v«i, cäc xi măng, cọc bê tông, cọc cát ) I.2 Khi tiến hành khảo sát thiết kế đờng qua vùng đất yếu, việc phải tuân theo quy định quy trình cần phải tuân theo tiêu chuẩn quy định chung thiết kế đờng TCVN 4054-1998 Đờng ôtô - Yêu cầu thiết kế, TCVN 5729-1997 Đờng ôtô cao tốc - Yêu cầu thiết kế Các quy định tiêu chuẩn giải pháp sử dụng bấc thấm vải địa kỹ thuật không khác với quy định Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bấc thấm xây dựng đờng - 22TCN 244-98 Tiêu chuẩn thiết kế thi công nghiệm thu vải địa kỹ thuật xây dựng đắp đất yếu - 22TCN 248-98 Trong trờng hợp có yêu cầu khác khảo sát thiết kế đắp đất yếu nên thống áp dụng quy định tiêu chuẩn I.3 Trong quy trình này, đất yếu đợc xác định điều I.4 loại đất có sức chống cắt nhỏ tính biến dạng (ép lún) lớn, đắp đất yếu, biện pháp xử lý thích hợp thờng dễ bị ổn định toàn khối lún nhiều, lún kéo dài ảnh hởng đến mặt đờng, công trình đờng mố cầu lân cận Chính mà mục tiêu quy định quy trình nhằm đảm bảo cho kích thớc yếu tố hình học đờng vùng đất yếu (kể cao độ nền) trì đợc thiết kế trình thi công đắp nh trình khai thác đờng sau I.4 Tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có nguồn gốc khoáng vật nguồn gốc hữu I.4.1 Loại có nguồn gốc khoáng vật thờng sét sét trầm tích nớc ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng tam giác châu; loại lẫn hữu trình trầm tích (hàm lợng hữu tới 10 - 12 %) nên có mầu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, đợc xác định đất yếu trạng thái tự nhiên, độ ẩm chúng gần cao giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e 1,5 , ¸ sÐt e  1), lùc dÝnh C theo kÕt cắt nhanh không thoát nớc từ 0,15 daN/cm2 trở xuèng, gãc néi ma s¸t  tõ - 10 lực dính từ kết thí nghiệm cắt cánh trờng Cu 0,35 daN/cm2 Ngoài vùng thung lũng hình thành đất yếu dới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bÃo hòa G > 0,8) I.4.2 Loại có nguồn gốc hữu thờng hình thành từ đầm lầy, nơi nớc tích đọng thờng xuyên, mực nớc ngầm cao, loài thực vật phát triển, thối rữa phân hủy, tạo vật lắng hữu lẫn với trầm tích khoáng vật Loại thờng gọi đất đầm lầy than bùn, hàm lợng hữu chiếm tới 20 - 80%, thờng có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn tàn d thực vật) Đối với loại đợc xác định đất yếu hệ số rỗng đặc trng sức chống cắt chúng đạt trị số nh nói I.4.1 Đất yếu đầm lầy than bùn đợc phân theo tỷ lệ lợng hữu có chúng: Lợng hữu có từ 20 - 30% Lợng hữu có từ 30 - 60% Lợng hữu 60% I.5 : Đất nhiƠm than bïn : §Êt than bïn : Than bïn Phân loại trạng thái tự nhiên đất yếu Để đánh giá sơ tính chất công trình đất yếu, từ bớc đầu xem xét giải pháp thiết kế đờng tơng ứng, đất yếu đợc phân loại theo trạng thái tự nhiên chúng nh dới đây: I.5.1 Đất yếu loại sét sét đợc phân loại theo độ sệt B: B W Wd Wnh  Wd (I.1) Trong ®ã: W, Wd, Wnh độ ẩm trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo giới hạn nhÃo đất yếu Nếu B > đợc gọi bùn sét (đất yếu trạng thái chảy) Nếu 0,75 < B đất yếu dẻo chảy I.5.2 Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn đợc phân thành lo¹i I, II, III:  Lo¹i I: Lo¹i cã độ sệt ổn định; thuộc loại vách đất đào thẳng đứng sâu 1m chúng trì đợc ổn định 1-2 ngày; Loại II: Loại có độ sệt không ổn định; loại không đạt tiêu chuẩn loại I nhng đất than bùn cha trạng thái chảy; Loại III: Đất than bùn trạng thái chảy I.6 Khi tuyến đờng qua vùng đất yếu dẻo chảy, bùn sét nói điều I.4.1, I.5.1 ; vùng có bùn cát, bùn cát mịn nói điều I.4.1; vùng đầm lầy than bùn nói điều I.5.2 cần phải có biện pháp khảo sát thiết kế tơng ứng (đợc đề cập phần sau quy trình này) để đảm bảo đờng ổn định cờng độ biến dạng, kể trờng hợp phía lớp đất yếu có tồn lớp đất không yếu Riêng với công trình đờng cao tốc công trình có ý nghĩa đặc biệt khác, chiều cao đắp cao từ - 10 m trở lên loại đất sét sét dẻo mềm (có độ sƯt B ph¹m vi tõ 0,5 - 0,75) cịng nên áp dụng biện pháp khảo sát thiết kế nh với đất yếu ii II.1 Các yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế đắp đất yếu Các yêu cầu ổn định Nền đắp đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại trợt trồi trình thi công đắp (đắp phần theo thiết kế đắp cao cao độ thiết kế để gia tải trớc) suốt trình đa vào khai thác sử dụng sau Để đảm bảo yêu cầu phải đảm bảo đợc đồng thời tiêu chuẩn cụ thể dới đây: II.1.1 Mức độ ổn định dự báo theo kết tính toán đợt đắp (đắp đắp gia tải trớc) đắp theo thiết kế (có xét đến tải trọng xe cộ dừng xe tối đa nền) phải lớn mức độ ổn định tối thiểu quy định dới : Khi áp dụng phơng pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển với mặt trợt tròn khoét xuống vùng đất yếu thông số tính toán đợc xác định theo mục V.3 hệ số ổn định nhỏ K = 1,20 (riêng trờng hợp dùng kết qủa thí nghiệm cắt nhanh không thoát nớc phòng thí nghiệm để nghiệm toán Kmin = 1,10 ; Khi áp dụng phơng pháp Bishhop để nghiệm toán ổn định hệ số ổn ®Þnh nhá nhÊt Kmin = 1,40 ; II.1.2 Sè liƯu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng quan trắc di động ngang vùng đất yếu hai bên đắp trình đắp đắp gia tải trớc phải không đợc vợt trị số quy định dới đây: Tốc độ lún đáy đắp trục tim đờng không đợc vợt 10mm/ngày đêm Tốc độ di động ngang cọc quan trắc đóng hai bên đắp không đợc vợt 5mm/ngày đêm Cách bố trí quan trắc lún quan trắc di động ngang đợc nêu rõ điều II.3.1 II.3.3 II.2 Các yêu cầu tiêu chuẩn tính toán lún II.2.1 Phải tính toán dự báo đợc độ lún tổng cộng S kể từ bắt đầu đắp lún hết hoàn toàn để đắp phòng lún (đắp rộng thêm bề rộng nỊn ®êng so víi bỊ réng thiÕt kÕ) BỊ réng phải đắp thêm bên đờng (bm) đợc xác định theo công thức: bm = S.m (II.1) Trong đó: 1/m độ dốc ta luy đắp thiết kế S đợc tính theo phơng pháp quy định VI.2 VI.3 với thành phần Si (lún tức thời biến dạng ngang không thoát nớc, xét đến khả nở hông đất yếu dới đắp) lún cố kết Sc (do nớc lỗ rỗng thoát đất yếu bị nén chặt dới tải trọng đắp) II.2.2 Khi tính toán độ lún tổng cộng nói tải trọng gây lún phải xét đến gồm tải trọng đắp thiết kế bao gồm phần đắp phản áp (nếu có), không bao gồm phần đắp gia tải trớc (nếu có) không xét đến tải trọng xe cộ II.2.3 Sau hoàn thành công trình mặt đờng xây dựng vùng đất yếu, phần độ lún cố kết lại S trục tim đờng đợc cho phép nh bảng II.1 dới đây: Bảng II.1- Phần độ lún cố kết cho phép lại S trục tim đờng sau hoàn thành công trình Loại cấp đờng Vị trí đoạn đắp đất yếu Chỗ có cống Các đoạn Gần mố cầu đờng dân đắp thông thsinh chui dới ờng Đờng cao tốc đờng cấp 80 10cm 20cm 30cm Đờng cấp 60 trở xuống có tầng mặt cÊp cao A1  20cm  30cm  40cm Ghi bảng II.1: Phần độ lún cố kết lại S phần lún cố kết cha hết sau làm xong áo đờng đoạn đắp đất yếu Trị số S đợc xác định theo công thức (VI.9) tùy thuộc độ cố kết U đạt đợc vào thời điểm làm xong áo đờng; Chiều dài đoạn đờng gần mố cầu đợc xác định lần chiều dài móng mố cầu liền kề Chiều dài đoạn đắp có cống có lối chui qua đờng dới đợc xác định 3-5 lần bề rộng móng cống bề rộng lối qua đờng; Nếu phần độ lún cố kết lại S vợt trị số cho phép bảng II.1 cần phải có biện pháp xử lý để giảm S đề cập mục IV.3, IV.5, IV.6 Nếu thỏa mÃn trị số cho phép bảng II.1 không cần áp dụng biện pháp tăng nhanh cố kết; II.2.4 Đối với đờng cấp 20; 40 đờng sử dụng kết cấu áo đờng mềm cấp cao A2 trở xuống không cần đề cập đến vấn đề độ lún cố kết lại thiết kế II.2.5 Yêu cầu quan trắc dự báo lún Ngoài việc tính toán dự báo thành phần độ lún đà nói điều II.2.1 để làm sở cho việc đề xuất giải pháp xử lý cấu tạo đắp đất yếu, phải dựa vào kết quan trắc lún theo quy định điều II.3.1 II.3.2 để so sánh, đối chiếu hiệu chỉnh lại kết dự báo theo tính toán để kiểm tra độ lún tốc độ lún cho phép quy định điều II.2.3 II.1.2, nh để xác định khối lợng đất cát bù lún thực tế đợc toán sau công trình hoàn thành Yêu cầu cụ thể việc quan trắc lún là: Xác định đợc khối lợng đất cát đắp lún chìm vào đất yếu (so với mặt đất tự nhiên trớc đắp) Vẽ đợc biểu đồ quan hệ độ lún tổng cộng S với thời gian (có ghi rõ thời gian đợt đắp đắp gia tải) Dựa vào biểu đồ để xử lý tách riêng phần lún tức thời (là phần lún tăng đột ngột thời gian đợt đắp) lập biểu đồ lún cố kết St theo thêi gian t kĨ tõ kÕt thóc qu¸ trình đắp đắp gia tải trớc; Miêu t¶ quan hƯ St = f (t) thùc tÕ quan trắc đợc cách gần hàm số toán học dạng St = Sc (1 e-t ) với hệ số hồi quy từ số liệu quan trắc lún, để làm sở dự báo phần độ lún cố kết lại nói điều II.2.3 II.3 Các yêu cầu thiết kế bố trí hệ thống quan trắc trình thi công đắp đất yếu II.3.1 Đối với công trình xây dựng đắp đất yếu, trờng hợp, dù áp dụng giải pháp xử lý nào, dù đà khảo sát, tính toán kỹ phải thiết kế hệ thống quan trắc lún, trừ trờng hợp áp dụng giải pháp đào vét hết đất yếu, hạ đáy đắp đến tận lớp đất không yếu Hệ thống phải đợc bố trí theo quy định sau: Mỗi phân đoạn đắp đất yếu đợc thiết kế tính toán khác nhau, phân đoạn thi công riêng rẽ phải có bố trí quan trắc lún riêng (khác chiều cao đắp, loại đất yếu với tiêu khác rõ rệt với chiều dày lớp đất yếu khác rõ rệt); Mỗi đoạn nói trên, dài 100 m cần bố trí bàn đo lún mặt cắt ngang phân đoạn (1 bàn tim đờng bàn vị trí mép vai đờng) dài > 100 m tối thiểu phải bố trí mặt cắt quan trắc lún nh thêm 100 m lại bố trí thêm mặt cắt (bố trí nơi có khả lún nhiều); Hệ thống mốc cao độ dùng cho quan trắc lún phải đợc bố trí nơi không lún phải đợc cố định chắn; Bàn đo lún có kÝch thíc tèi thiĨu lµ 50  50 cm cã bề dày đủ cứng ( cm) gắn với cần đo thật chắn, cần đo phải thép có đờng kính nhỏ đờng kính ống vách chắn đất đắp (không cho đất đắp tiếp xúc với cần đo): ống vách không đợc gắn với bàn đo lún Nên dùng cần đo có đờng kính cm Cần đo ống vách nên làm đoạn 50 ~ 100 cm để tiện nối theo chiều cao đắp Bàn đo lún đợc đặt cao độ bắt đầu đắp đờng: vét, đào đất yếu đến đâu đặt bàn đo lún đó; có tầng đệm cát đặt mặt tầng đệm cát, có lớp vỏ cứng đất yếu đặt mặt đất vỏ cứng tự nhiên, có rải vải địa kỹ thuật đặt mặt vải địa kỹ thuật Trờng hợp phải đặt bàn đo mặt đất yếu phải đào đất yếu sâu 30 cm phạm vi diện tích bàn đo lún thay cát đặt bàn đo lún lên Bàn đo lún phải đợc bảo vệ chắn, lâu dài cho dến bàn giao công trình II.3.2 Phải quy định chế độ quan trắc lún đồ án thiết kế : Đo cao độ lúc đặt bàn lún đo lún ngày lần trình đắp đắp gia tải trớc, đắp làm nhiều đợt đợt phải quan trắc hàng ngày; Khi ngừng đắp tháng sau đắp phải quan trắc hàng tuần; tiếp quan trắc hàng tháng hết thời gian bảo hành bàn giao cho phía quản lý khai thác đờng hệ thống quan trắc (để họ tiếp tục quan trắc thấy cần thiết); Mức độ xác yêu cầu phải đến mm II.3.3 Khi áp dụng giải pháp xử lý đắp đất yếu có đòi hỏi phải khống chế tốc độ đắp cần phải thiết kế hệ thống quan trắc di ®éng ngang ®Ĩ theo dâi møc ®é ỉn ®Þnh trình đắp nh đà nói điều II.1.2, hệ thống đợc bố trí nh sau: Trên mặt cắt bố trí quan trắc lún, phía cách chân ta luy m bố trí dÃy cọc quan trắc di động ngang thẳng góc với tim ®êng tõ - cäc víi cù ly tõ - 10 m, dùng cọc cọc bê tông tiÕt diƯn 10  10 cm ®ãng ngËp víi ®Êt yếu 1,2 m cao mặt ®Êt u Ýt nhÊt lµ 0,5 m (nÕu lón nhiỊu có ngập nớc phải cao); đỉnh cọc có cắm chốt đánh dấu điểm quan trắc Yêu cầu cọc phải cắm chôn đất yếu Trong trình đắp đắp gia tải trớc (nếu có) hàng ngày phải đo đợc di chun theo híng ngang (híng th¼ng gãc víi tim đờng) chốt đánh dấu đỉnh tất cọc nói máy kinh vĩ xác theo phơng pháp tam giác đạc với hai đỉnh tam giác định vị cố định nằm phạm vi ảnh hởng tải trọng đắp Đồng thời phải đo cao ®é ®Ønh cäc ®Ĩ theo dâi bỊ mỈt ®Êt u có bị đẩy trồi lên không Sau đắp xong, hàng tuần phải tiếp tục quan trắc thấy rõ đờng đà ổn định Độ xác máy kinh vĩ phải bảo đảm sai số đo cự ly mm, đo góc 2,5 II.3.4 Đối với đoạn đắp đất yếu có quy mô lớn quan trọng có điều kiện địa chất phức tạp nh đoạn có chiều cao đắp lớn, phân bố lớp địa chất không đồng (có lớp vỏ cứng ) khiến cho thực tế có điều kiện khác nhiều với điều kiện dùng tính toán ổn định lún nên bố trí thêm hệ thống quan trắc áp lực lỗ rỗng (cùng với điểm quan trắc mức nớc ngầm) thiết bị đo lún độ sâu khác (thiết bị kiểu guồng xoắn ) Nhờ có hệ thống thiết bị quan trắc này, dễ dàng thực đợc yêu cầu nói điều II.2.5 nhờ tạo điều kiện thuận lợi cho việc rút ngắn thời gian thi công công trình Trong trờng hợp này, việc thiết kế bố trí lắp đặt hệ thống thiết bị quan trắc nói đợc xem nội dung thiết kế đặc biệt kỹ s chuyên ngành thực phải đợc chủ quản đầu t xét duyệt riêng II.4 Xác định tải trọng tính toán II.4.1 Các tải trọng tính toán dùng kiểm tra ổn định dự báo lún đắp đất yếu gồm tải trọng đắp đắp gia tải trớc, tải trọng xe cộ, tải trọng động đất nh nói điều II.1.1 II.2.2 Vì việc tính toán đa toán phẳng, tải trọng tính toán đợc xác định tơng ứng với phạm vi phân bố m dài đờng II.4.2 Tải trọng đắp đắp gia tải trớc đợc xác định theo hình dạng đắp thực tế (hình thang với mái dốc có độ dốc thiết kế, có thêm phản áp trờng hợp đào bớt đất yếu trớc đắp có thêm hai dải tải trọng phản áp vô hạn hai bên) II.4.3 Tải trọng xe cộ đợc xem tải trọng số xe nặng tối đa lúc đỗ kín khắp bề rộng đờng (hình II.1) phân bố m chiều dài đờng; tải trọng đợc quy đổi tơng đơng thành lớp đất đắp có chiều cao h x xác định theo công thức sau: hx n G  B  ; (II.1) Trong ®ã:  G trọng lợng xe (chọn xe nặng nhất), Tấn n số xe tối đa xếp đợc phạm vi bề rộng đờng (nh sơ đồ xếp xe hình II.1) dung trọng đất đắp đờng, T/m3 phạm vi phân bố tải trọng xe theo hớng däc, m (nh h×nh II.1) Cã thĨ lÊy  = 4,2 m víi xe G =13 tÊn, lÊy  = 6,6 m xe cã G =30 tÊn, lÊy  = 4,5 m víi xe xÝch cã G = 80 Hình II.1- Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên đất yếu B bề rộng phân bố ngang xe (mét) đợc xác định nh sơ đồ hình II.1 theo c«ng thøc sau: B = n.b + (n 1)d + ; (II.2) Trong ®ã thêng lÊy b = 1,8 m với loại ô tô, b = 2,7 m với xe xích; d khoảng cách ngang tối thiểu xe (thờng lấy d = 1,3 m); e bề rộng lốp đôi vệt bánh xích (thờng lấy e = 0,5 - 0,8m); n đợc chọn tối đa nhng phải bảo đảm B tính đợc theo (II.2) nhỏ bề rộng đờng Nh tính toán có xét đến tải trọng xe cộ tải trọng đắp xem nh đợc cao thêm trị số hx II.4.4 Tải trọng động đất đợc kể đến tính toán kiểm tra mức độ ổn định đắp đất yếu lực quán tính động đất thân khối trợt, lực xem nh tỷ lệ thuận với trọng lợng thân khối trợt: Wi = Kc Qi (II.3) Trong đó: Wi lực động đất tác dụng mảnh trợt i (hoặc khối trợt i) (Tấn), Wi có điểm đặt trọng tâm mảnh (hoặc khối trợt) có phơng nằm ngang từ phía đờng phía mái ta luy đắp; Qi trọng lợng mảnh trợt i (hoặc khối trợt i), Tấn; Kc hệ số tỷ lệ đợc lấy tùy thuộc cấp động đất nh bảng II.2 B¶ng II.2 - HƯ sè tû lƯ Kc 10