Các quy định chung (định nghĩa, nguồn gốc, phân loại đất yếu)
Quy trình này được áp dụng cho khảo sát thiết kế nền đường ô tô trên đất yếu, bao gồm cả nền đắp đường cao tốc và các cấp đường ô tô Nó cũng có thể được tham khảo cho nền đắp sân bay trên vùng đất yếu.
Quy trình này quy định các yêu cầu khảo sát địa hình, điều tra và thử nghiệm địa kỹ thuật trên vùng đất yếu có tuyến đường đi qua, đồng thời xác định tiêu chuẩn thiết kế nền đắp trên đất yếu Nó cũng nêu rõ yêu cầu cấu tạo và phương pháp tính toán tương ứng, cũng như việc lựa chọn giải pháp và phạm vi áp dụng cho các giải pháp thường dùng trong xây dựng nền đắp trên đất yếu, không bao gồm các giải pháp đặc biệt như xử lý đất yếu bằng điện thấm, cọc vôi, cọc xi măng, cọc bê tông và cọc cát.
Khi khảo sát thiết kế nền đường qua vùng đất yếu, cần tuân thủ quy trình và các tiêu chuẩn thiết kế theo TCVN 4054-1998 “Đường ôtô - Yêu cầu thiết kế” và TCVN 5729-1997 “Đường ôtô cao tốc - Yêu cầu thiết kế”.
Các quy định trong tiêu chuẩn về giải pháp sử dụng bấc thấm và vải địa kỹ thuật tương tự như các quy định trong “Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường - 22TCN 244-98” và “Tiêu chuẩn thiết kế thi công và nghiệm thu vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu - 22TCN 248-98” Nếu có yêu cầu khác về khảo sát thiết kế nền đắp trên đất yếu, cần thống nhất áp dụng các quy định trong tiêu chuẩn này.
Trong quy trình này, đất yếu được xác định là các loại đất có sức chống cắt nhỏ và tính biến dạng lớn, dẫn đến nguy cơ mất ổn định cho nền đắp Nếu không áp dụng biện pháp xử lý thích hợp, nền đắp trên đất yếu dễ bị lún nhiều và kéo dài, ảnh hưởng đến mặt đường, công trình trên đường và mố cầu lân cận Do đó, mục tiêu của các quy định trong quy trình này là đảm bảo kích thước và các yếu tố hình học của nền đường trên vùng đất yếu.
Cộng hòa x hội ã hội chủ nghĩa việt nam
Bộ giao thông vận tải quy trình khảo sát thiết kế nền đờng ô tô Đắp trên đất yếu
Có hiệu lực từ ngày 15 tháng 6 năm 2000, yêu cầu về việc duy trì đúng thiết kế cao độ nền trong quá trình thi công nền đắp và trong suốt quá trình khai thác đường là rất quan trọng.
I.4 Tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thế có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ.
Loại đất có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích tại các khu vực ven biển, vùng vịnh, đầm hồ và đồng bằng tam giác châu Đặc điểm của loại đất này là có thể chứa hàm lượng hữu cơ từ 10 - 12%, dẫn đến màu sắc nâu đen hoặc xám đen và có mùi đặc trưng Được xác định là đất yếu khi ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm gần hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5, á sét e ≥ 1), lực dính C từ kết quả cắt nhanh không thoát nước ≤ 0,15 daN/cm², và góc nội ma sát φ từ 0 - 10° hoặc lực dính từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0,35 daN/cm².
Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8).
Đất có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng và mực nước ngầm cao, tạo điều kiện cho thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy Loại đất này, được gọi là đất đầm lầy than bùn, có hàm lượng hữu cơ từ 20 - 80%, thường có màu đen hoặc nâu sẫm và cấu trúc không mịn do lẫn tàn dư thực vật Đất này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt đạt các trị số đã nêu Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân loại theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng.
Lợng hữu cơ có từ 20 - 30% : Đất nhiễm than bùn
Lợng hữu cơ có từ 30 - 60% : Đất than bùn
Lợng hữu cơ trên 60% : Than bùn
Để đánh giá sơ bộ tính chất công trình của đất yếu và xem xét các giải pháp thiết kế nền đường tương ứng, đất yếu được phân loại theo trạng thái tự nhiên của chúng.
I.5.1 Đất yếu loại sét hoặc á sét đợc phân loại theo độ sệt B:
Trong đó: W, Wd, Wnh là độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn nhão của đất yếu.
Nếu B > 1 thì đợc gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy)
Nếu 0,75 < B 1 là đất yếu dẻo chảy.
I.5.2 Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn đợc phân thành 3 loại I, II, III:
Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1m trong chúng vẫn duy trì đợc ổn định trong 1-2 ngày;
Loại II: Loại có độ sệt không ổn định; loại này không đạt tiêu chuẩn loại I nhng đất than bùn cha ở trạng thái chảy;
Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy.
Khi tuyến đường đi qua các vùng đất yếu như đất dẻo chảy, bùn sét, bùn cát, bùn cát mịn, và vùng đầm lầy than bùn, cần thực hiện các biện pháp khảo sát và thiết kế tương ứng để đảm bảo nền đường ổn định về cường độ và biến dạng Điều này cũng áp dụng cho trường hợp có lớp đất không yếu nằm phía trên các lớp đất yếu.
Đối với các công trình đường cao tốc và những công trình đặc biệt, khi chiều cao nền đắp từ 8 - 10 m trở lên, cần áp dụng các biện pháp khảo sát thiết kế tương tự như đối với đất yếu cho các loại đất sét và á sét dẻo mềm có độ sệt B từ 0,5 - 0,75.
Các yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế
Các yêu cầu về ổn định
Nền đắp trên đất yếu cần đảm bảo ổn định để tránh bị phá hoại do trợt trồi trong quá trình thi công và trong suốt thời gian khai thác sử dụng Để đạt được yêu cầu này, cần tuân thủ các tiêu chuẩn cụ thể, trong đó mức độ ổn định dự báo theo kết quả tính toán cho mỗi đợt đắp (bao gồm cả đắp nền và gia tải trước) phải đạt bằng hoặc lớn hơn mức độ ổn định tối thiểu quy định, đồng thời cần xem xét tải trọng xe cộ dừng trên nền.
Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển cho mặt trợt tròn khoét xuống vùng đất yếu, hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin được xác định là 1,20 Đặc biệt, trong trường hợp sử dụng kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở trong phòng thí nghiệm, Kmin giảm xuống còn 1,10.
Khi áp dụng phơng pháp Bishhop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhá nhÊt Kmin = 1,40 ;
II.1.2 Số liệu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng và quan trắc di động ngang của vùng đất yếu hai bên nền đắp trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trớc phải không đợc vợt quá trị số quy định dới đây:
Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đờng không đợc vợt quá 10mm/ngày đêm.
Tốc độ di động ngang của các cọc quan trắc đóng hai bên nền đắp không đ- ợc vợt quá 5mm/ngày đêm.
Cách bố trí quan trắc lún và quan trắc di động ngang đợc nêu rõ ở điều II.3.1 và II.3.3.
Các yêu cầu và tiêu chuẩn tính toán lún
II.2.1 Phải tính toán dự báo đợc độ lún tổng cộng S kể từ khi bắt đầu đắp nền cho đến khi lún hết hoàn toàn để đắp phòng lún (đắp rộng thêm bề rộng nền đờng so với bề rộng thiết kế) Bề rộng phải đắp thêm mỗi bên của nền đờng (bm) đợc xác định theo công thức: bm = S m (II.1) Trong đó: 1/m là độ dốc ta luy nền đắp thiết kế
S lún được xác định theo phương pháp tại VI.2 và VI.3, bao gồm hai thành phần chính: Si, lún tức thời do biến dạng ngang không thoát nước, và Sc, lún cố kết do nước lỗ rỗng thoát ra, cùng với sự nén chặt của đất yếu dưới tải trọng đắp.
II.2.2 Khi tính toán độ lún tổng cộng nói trên thì tải trọng gây lún phải xét đến chỉ gồm tải trọng nền đắp thiết kế bao gồm cả phần đắp phản áp (nếu có), không bao gồm phần đắp gia tải trớc (nếu có) và không xét đến tải trọng xe cộ.
II.2.3 Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đờng xây dựng trên vùng đất yếu, phần độ lún cố kết còn lại S tại trục tim của nền đờng đợc cho phép nh ở bảng II.1 díi ®©y:
Bảng II.1- Phần độ lún cố kết cho phép còn lại S tại trục tim của nền đờng sau khi hoàn thành công trình
Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu
Chỗ có cống hoặc đờng dân sinh chui díi
Các đoạn nền đắp thông th- êng
1 Đờng cao tốc và đờng cấp 80
2 Đờng cấp 60 trở xuống có tầng mặt cÊp cao A1
Phần độ lún cố kết còn lại (ΔS) là độ lún cố kết xảy ra sau khi hoàn thành áo đường trên nền đất yếu Giá trị của ΔS được xác định bằng công thức (VI.9), tùy thuộc vào độ cố kết U đạt được tại thời điểm hoàn thành áo đường.
Chiều dài đoạn nền đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng mố cầu liền kề Đối với chiều dài đoạn nền đắp có cống hoặc lối chui, nó sẽ được xác định bằng 3-5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng lối đi qua đường.
Nếu độ lún cố kết còn lại S vượt quá các giá trị cho phép trong bảng II.1, cần thực hiện các biện pháp xử lý để giảm S theo các mục IV.3, IV.5, IV.6 Ngược lại, nếu S thỏa mãn các giá trị cho phép, không cần áp dụng biện pháp tăng tốc cố kết.
II.2.4 Đối với các đờng cấp 20; 40 và đờng chỉ sử dụng kết cấu áo đờng mềm cấp cao
A2 trở xuống thì không cần đề cập đến vấn đề độ lún cố kết còn lại khi thiết kế. II.2.5 Yêu cầu về quan trắc dự báo lún
Để đề xuất các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu, cần tính toán dự báo độ lún và so sánh với kết quả quan trắc lún theo quy định Việc đối chiếu này giúp hiệu chỉnh kết quả dự báo, kiểm tra độ lún và tốc độ lún cho phép Ngoài ra, quá trình này cũng xác định khối lượng đất hoặc cát bù lún thực tế sẽ được thanh toán sau khi công trình hoàn thành.
Yêu cầu cụ thể của việc quan trắc lún là:
Xác định đợc khối lợng đất hoặc cát đắp lún chìm vào trong đất yếu (so với mặt đất tự nhiên trớc khi đắp).
Vẽ biểu đồ quan hệ giữa độ lún tổng cộng S và thời gian, ghi rõ thời gian từng đợt đắp nền và gia tải Từ biểu đồ này, tách riêng các phần lún tức thời, tức là những phần lún tăng đột ngột trong thời gian các đợt đắp Sau đó, lập biểu đồ lún cố kết St theo thời gian t kể từ khi kết thúc quá trình đắp nền và gia tải trước.
Quan hệ St = f(t) được mô tả gần đúng bằng hàm số toán học St = Sc (1 - αe^(-βt)), trong đó α và β là các hệ số hồi quy từ dữ liệu quan trắc lún Hàm số này sẽ làm cơ sở cho việc dự báo phần độ lún cố kết còn lại, như đã đề cập ở Điều II.2.3.
Các yêu cầu về thiết kế và bố trí hệ thống quan trắc trong quá trình thi công nền đắp trên đất yếu
công nền đắp trên đất yếu
II.3.1 Đối với công trình xây dựng nền đắp trên đất yếu, trong mọi trờng hợp, dù áp dụng giải pháp xử lý nào, dù đã khảo sát, tính toán kỹ vẫn phải thiết kế hệ thống quan trắc lún, chỉ trừ trờng hợp áp dụng giải pháp đào vét hết đất yếu, hạ đáy nền đắp đến tận lớp đất không yếu Hệ thống này phải đợc bố trí theo các quy định sau:
Mỗi phân đoạn nền đắp trên đất yếu cần được thiết kế và tính toán riêng biệt, với yêu cầu quan trắc lún đặc thù cho từng đoạn thi công Điều này phụ thuộc vào chiều cao đắp, loại đất yếu với các chỉ tiêu khác nhau rõ rệt, cũng như độ dày của lớp đất yếu không đồng nhất.
Nếu đoạn đường dài không quá 100 m, cần bố trí 3 bàn đo lún tại mặt cắt ngang chính giữa, bao gồm 1 bàn tại tim nền đường và 2 bàn ở mép vai nền đường Đối với đoạn dài hơn 100 m, tối thiểu phải có 2 mặt cắt quan trắc lún, và cứ mỗi 100 m thêm, cần bố trí thêm 1 mặt cắt tại những vị trí có khả năng lún cao.
Hệ thống mốc cao độ dùng cho quan trắc lún phải đợc bố trí ở nơi không lún và phải đợc cố định chắc chắn;
Bàn đo lún tối thiểu có kích thước 50 50 cm và bề dày ≥ 3 cm, được gắn chắc chắn với cần đo bằng thép có đường kính nhỏ hơn ống vách chắn đất đắp Cần đo không được để đất đắp tiếp xúc và nên có đường kính ≥ 4 cm Cần đo và ống vách nên được thiết kế thành từng đoạn dài từ 50 đến 100 cm để dễ dàng nối theo chiều cao đắp.
Bàn đo lún cần được đặt ở độ cao phù hợp khi bắt đầu đắp nền đường, cụ thể là phải vét và đào đất yếu đến mức cần thiết Nếu có tầng đệm cát, bàn đo lún sẽ được đặt trên bề mặt của tầng đệm này Trong trường hợp có lớp vỏ cứng trên đất yếu, bàn đo sẽ được đặt trên bề mặt của lớp vỏ cứng tự nhiên Nếu có vải địa kỹ thuật, bàn đo lún sẽ được đặt trên bề mặt vải đó Nếu phải đặt bàn đo trên nền đất yếu, cần phải đào sâu 30 cm trong khu vực bàn đo và thay thế bằng cát trước khi đặt bàn đo lún lên.
Bàn đo lún phải đợc bảo vệ chắc chắn, lâu dài ít nhất cho dến khi bàn giao công trình.
II.3.2 Phải quy định chế độ quan trắc lún ngay trong đồ án thiết kế :
Trong quá trình thi công, cần thực hiện đo cao độ tại vị trí đặt bàn lún và tiến hành đo lún hàng ngày Việc này đặc biệt quan trọng trong giai đoạn đắp nền và gia tải Nếu quá trình đắp diễn ra theo nhiều đợt, thì mỗi đợt cũng phải được quan trắc lún hàng ngày để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình.
Sau khi ngừng đắp, cần thực hiện quan trắc hàng tuần trong vòng 2 tháng tiếp theo Sau đó, chuyển sang quan trắc hàng tháng cho đến khi hết thời gian bảo hành Cuối cùng, bàn giao toàn bộ hệ thống quan trắc cho phía quản lý khai thác để họ có thể tiếp tục theo dõi nếu cần thiết.
Mức độ chính xác yêu cầu phải đến mm.
II.3.3 Khi áp dụng các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu có đòi hỏi phải khống chế tốc độ đắp thì cần phải thiết kế hệ thống quan trắc di động ngang để theo dõi mức độ ổn định trong quá trình đắp nh đã nói ở điều II.1.2, hệ thống này đợc bố trÝ nh sau:
Trên mỗi mặt cắt của khu vực quan trắc lún, cần bố trí một dãy cọc quan trắc di động nằm ngang, cách chân ta luy 1 m, với số lượng từ 3 - 4 cọc và khoảng cách giữa các cọc từ 5 - 10 m Cọc có thể là cọc gỗ hoặc cọc bê tông với tiết diện 10 10 cm, được đóng ngập trong đất yếu ít nhất 1,2 m và cao trên mặt đất yếu tối thiểu 0,5 m, đặc biệt nếu có hiện tượng lún nhiều hoặc ngập nước thì chiều cao cần phải tăng thêm Trên đỉnh mỗi cọc sẽ được cắm chốt để đánh dấu điểm quan trắc, và yêu cầu cọc phải được cắm hoặc chôn chắc chắn trong đất yếu.
Trong quá trình đắp nền và gia tải, cần đo sự di chuyển theo hướng ngang của chốt đánh dấu trên đỉnh các cọc bằng máy kinh vĩ chính xác, sử dụng phương pháp tam giác đạc với hai đỉnh cố định ngoài phạm vi tải trọng Đồng thời, phải theo dõi cao độ đỉnh cọc để kiểm tra sự biến động của bề mặt đất yếu Sau khi hoàn tất công việc đắp, cần tiếp tục quan trắc hàng tuần cho đến khi nền đường ổn định Độ chính xác của máy kinh vĩ phải đảm bảo sai số đo cự ly là ± 5 mm và sai số đo góc là ± 2,5″.
II.3.4 Đối với các đoạn nền đắp trên đất yếu có quy mô lớn và quan trọng hoặc có điều kiện địa chất phức tạp nh đoạn có chiều cao đắp lớn, hoặc phân bố các lớp địa chất không đồng nhất (có lớp vỏ cứng ) khiến cho thực tế có những điều kiện khác nhiều với các điều kiện dùng trong tính toán ổn định và lún thì nên bố trí thêm hệ thống quan trắc áp lực lỗ rỗng (cùng với các điểm quan trắc mức nớc ngầm) và các thiết bị đo lún ở độ sâu khác nhau (thiết bị kiểu guồng xoắn ).Nhờ có hệ thống các thiết bị quan trắc này, càng dễ dàng thực hiện đợc các yêu cầu nói ở điều II.2.5 và nhờ đó 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 các hệ thống thiết bị quan trắc nói trên đợc xem là một nội dung thiết kế đặc biệt do các kỹ s chuyên ngành thực hiện và phải đợc chủ quản đầu t xét duyệt riêng.
Xác định các tải trọng tính toán
II.4.1 Các tải trọng tính toán dùng khi kiểm tra ổn định và dự báo lún của nền đắp trên đất yếu gồm tải trọng đắp nền và đắp gia tải trớc, tải trọng xe cộ, tải trọng động đất nh nói ở điều II.1.1 và II.2.2 Vì việc tính toán đều đa về bài toán phẳng, do vậy các tải trọng tính toán đều đợc xác định tơng ứng với phạm vi phân bố trên
II.4.2 Tải trọng đắp nền và đắp gia tải trớc đợc xác định đúng theo hình dạng đắp trên thực tế (hình thang với mái dốc có độ dốc thiết kế, có thể có thêm phản áp hoặc trong trờng hợp đào bớt đất yếu trớc khi đắp thì có thêm hai dải tải trọng phản áp vô hạn ở hai bên).
II.4.3 Tải trọng xe cộ đợc xem là tải trọng của số xe nặng tối đa cùng một lúc có thể đỗ kín khắp bề rộng nền đờng (hình II.1) phân bố trên 1 m chiều dài đờng; tải trọng này đợc quy đổi tơng đơng thành một lớp đất đắp có chiều cao là hx xác định theo công thức sau: h n G x B
G là trọng lợng một xe (chọn xe nặng nhất), Tấn
n là số xe tối đa có thể xếp đợc trên phạm vi bề rộng nền đờng (nh sơ đồ xếp xe ở hình II.1)
là dung trọng của đất đắp nền đờng, T/m3
là phạm vi phân bố tải trọng xe theo hớng dọc, m (nh hình II.1)
Cã thÓ lÊy = 4,2 m víi xe G tÊn, lÊy = 6,6 m khi xe cã G 0 tÊn, lÊy
= 4,5 m víi xe xÝch cã G = 80 tÊn
Hình II.1- Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên đất yếu
B là bề rộng phân bố ngang của các xe (mét) đợc xác định nh ở sơ đồ hình II.1 theo công thức sau:
Trong tính toán thiết kế đường, thường sử dụng b = 1,8 m cho ô tô và b = 2,7 m cho xe xích Khoảng cách ngang tối thiểu giữa các xe d thường lấy là 1,3 m, trong khi bề rộng lốp đôi hoặc vệt bánh xích e được xác định trong khoảng 0,5 - 0,8 m Số lượng xe n được chọn tối đa nhưng cần đảm bảo rằng B tính được theo công thức (II.2) vẫn nhỏ hơn bề rộng nền đường Do đó, khi tính toán tải trọng xe cộ, tải trọng đắp được xem như cao thêm một trị số hx.
II.4.4 Tải trọng động đất đợc kể đến khi tính toán kiểm tra mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu chính là lực quán tính do động đất của bản thân khối trợt, lực này xem nh tỷ lệ thuận với trọng lợng bản thân khối trợt:
Wi = Kc Qi (II.3) Trong đó:
Wi là lực động đất tác động lên mảnh trợt i hoặc khối trợt i (Tấn) Điểm đặt của Wi nằm tại trọng tâm của mảnh hoặc khối trợt, với phương nằm ngang từ phía trong nền đường ra phía ngoài mái ta luy nền đắp.
Qi là trọng lợng của mảnh trợt i (hoặc khối trợt i), Tấn;
Kc là hệ số tỷ lệ đợc lấy tùy thuộc cấp động đất nh ở bảng II.2.
Bảng II.2 - Hệ số tỷ lệ K c
Phân vùng động đất tại Việt Nam được quy định trong Quy chuẩn Xây dựng, chỉ những khu vực có khả năng xảy ra động đất từ cấp 7 trở lên mới cần tính toán lực động đất Để biết thêm chi tiết về cách tính lực động đất, có thể tham khảo Tiêu chuẩn ngành 22TCN 221-95.
Các yêu cầu về khảo sát phục vụ việc thiết kế nền đờng qua vùng đất yếu
Các yêu cầu chung
III.1.1 Phải điều tra xác định đợc phạm vi phân bố của vùng đất yếu cả về diện phân bố, chiều sâu phân bố và độ dốc ngang đáy lớp đất yếu dới cùng để xem xét các phơng án cho tuyến vòng tránh hoặc cho tuyến cắt qua đất yếu ở chỗ ít bất lợi nhất Cũng cần điều tra xác định nguồn gây ẩm, khả năng thoát nớc, cũng nh vị trí và khả năng khai thác các mỏ đất dùng để đắp nền đờng.
III.1.2 Phải lấy mẫu và tiến hành các thí nghiệm trong phòng và thực hiện các thí nghiệm hiện trờng cần thiết về địa kỹ thuật để xác định đợc:
Để xác định vùng tuyến đi qua là vùng đất yếu, cần xem xét loại đất và các chỉ tiêu được nêu trong điều I.5.1, I.4.1 và I.5.2 Việc này giúp xác định loại đất yếu cần được xử lý.
Để tính toán và kiểm tra mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, cần xác định các chỉ tiêu quan trọng như sức chống cắt không thoát nước, dung trọng tự nhiên và mức nước ngầm Sức chống cắt có thể được đo bằng phương pháp cắt cánh tại hiện trường hoặc phương pháp cắt nhanh trong phòng thí nghiệm nếu không có thiết bị tại hiện trường Các chỉ tiêu này cần được xác định riêng cho từng lớp đất yếu khác nhau Bên cạnh đó, cần xác định các chỉ tiêu lực dính C, góc nội ma sát và dung trọng cho đất dùng để đắp nền đường, tương ứng với trạng thái chặt và ẩm của đất.
Các chỉ tiêu cần thiết để tính toán dự báo độ lún tổng cộng và độ lún cố kết theo thời gian bao gồm thí nghiệm xác định nén lún trong điều kiện không nở hông, hệ số rỗng ban đầu eo, chỉ số nén lún Cr và Cc, hệ số cố kết theo phương thẳng đứng Cv (cm²/giây) và áp lực tiền cố kết p Mỗi chỉ tiêu này cần được xác định riêng cho từng lớp đất yếu khác nhau.
Các quy định về khảo sát địa hình
III.2.1 Khi tiến hành lập dự án khả thi, đối với vùng đất yếu phải đo đạc lập đợc bình đồ tỷ lệ 1:500 1:1000 với chênh lệch các đờng đồng mức 0,50 m dọc theo các phơng án tuyến qua vùng đất yếu Trờng hợp vùng đất yếu phân bố rộng lớn (nh vùng đầm lầy ) thì cũng có thể sử dụng phơng pháp đo đạc hàng không để khảo sát địa hình, địa mạo của cả khu vực Trong giai đoạn này, các mặt cắt dọc và mặt cắt ngang phục vụ cho việc thiết kế tính toán nền đắp trên đất yếu có thể đợc xác định thông qua bình đồ địa hình đã lập.
III.2.2 Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế lập bản vẽ thi công phải đo đạc mặt cắt dọc và mặt cắt ngang theo tuyến đờng thiết kế với các cọc chi tiết có cự ly tơng ứng với quy định ở mỗi giai đoạn, ngoài ra có bổ sung các cọc tại vị trí khoan thăm dò, lấy mẫu thí nghiệm đất yếu và tại vị trí dự kiến bố trí các hệ thống quan trắc nói ở mục II.3.
Các quy định về khảo sát và thí nghiệm địa kỹ thuật
III.3.1 Để đạt đợc các yêu cầu nói ở điều III.1.1 và III.1.2 phải kết hợp thăm dò không lấy mẫu (bằng các thiết bị khoan xoắn, xuyên tĩnh hoặc cắt cánh tại hiện trờng) và thăm dò có lấy mẫu (bằng thiết bị khoan lấy mẫu nguyên dạng đem về thí nghiệm trong phòng) sao cho tiết kiệm nhất Với diện thăm dò rộng trong giai đoạn lập dự án khả thi nên tận dụng tối đa các biện pháp thăm dò không lấy mẫu kết hợp với khoan lấy mẫu thí nghiệm ở mức độ tối thiểu Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế chi tiết lập bản vẽ thi công phải bổ sung bằng biện pháp khoan lấy mẫu, chỉ bổ sung thăm dò không lấy mẫu khi thật cần thiết (khi cần mở rộng diện thăm dò hoặc khi việc thăm dò không lấy mẫu ở giai đoạn lập dự án khả thi cha đủ nh nói ở điều III.3.2) Vị trí và số lợng các điểm thăm dò phải do Chủ nhiệm dự án quyết định sau khi có dự kiến các phơng án thiết kế. Khi thăm dò bằng khoan, xuyên, cắt cánh nên tham khảo các quy trình hữu quan díi ®©y :
Quy trình khoan thăm dò địa chất 22 TCN 259-1999
Cắt cánh : ASTM D2573 và TCXD 205-1998 của Bộ Xây Dựng
III.3.2 * Bớc lập dự án khả thi Sau khi đã tiến hành khoan thông thơng mà phát hiện đất yếu thì tiến hành khoanh vùng và bố trí lỗ khoan trên tim tuyến với khoảng cách từ 250 đến 500 mét (nếu cần thiết có thể bổ xung các điểm thăm dò nh : cắt cánh, xuyên v.v để phát hiện phạm vi đất yếu, những việc bổ xung thăm dò này không lấy mấu thí nghiệm) Chỉ khoan trên mặt cắt ngang khi thiết kế đề nghị và đợc Chủ đầu t chấp thuận.
Bước thiết kế kỹ thuật bao gồm công tác thăm dò địa chất công trình, được thực hiện thông qua các lỗ khoan được bố trí cách nhau từ 50 đến 100 mét trên tim tuyến Công việc này cũng tính đến khối lượng đã thực hiện ở bước lập dự án khả thi.
- Trong trờng hợp đặc biệt cự ly này có thể rút ngắn hơn
Cứ mỗi 100-150 mét, thực hiện một mặt cắt địa chất công trình theo chiều ngang vuông góc với tim tuyến, bao gồm ba lỗ khoan Đối với mỗi khu vực đất yếu, cần có ít nhất hai mặt cắt ngang địa chất đại diện.
Để đảm bảo độ chính xác trong khoan thăm dò, độ sâu khoan cần đạt đến đáy lớp đất yếu và thêm 2 m vào lớp đất không yếu Nếu lớp đất yếu có chiều dày lớn, khoan phải thực hiện đến hết phạm vi chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp Phạm vi này được xác định dựa trên độ sâu tại đó ứng suất do tải trọng đắp gây ra đạt 0,15 lần ứng suất do trọng lượng bản thân của đất yếu, đồng thời cần xem xét lực đẩy nổi nếu có nước ngầm.
- Trong mọi trờng hợp phải tiến hành thí nghiệm cắt cánh hiện trờng Thí nghiệm này có thể đợc tiến hành độc lâp hoặc trong lỗ khoan
Bước khảo sát lập bản vẽ thi công sử dụng kết quả từ các lỗ khoan và thí nghiệm hiện trường đã thực hiện trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật Khối lượng khảo sát chỉ nhằm bổ sung cho thiết kế kỹ thuật chưa hoàn tất theo quy định Trong trường hợp phát hiện vị trí đất yếu, có thể tăng khối lượng khảo sát địa chất, nhưng số lượng tăng thêm phải được Chủ nhiệm nghiệp vụ đề xuất và được Chủ đầu tư chấp thuận, không vượt quá 20% khối lượng đã thực hiện trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật.
III.3.3 Mặt cắt thăm dò cắt cánh và có khoan lấy mẫu phải đợc bố trí ở chỗ đắp tơng đối cao nhất và có sự phân bố các lớp đất yếu tơng đối đặc trng nhất.
III.3.4 Trong mỗi lỗ khoan nói ở điều III.3.2 tuỳ thuộc vào chiều dài đoạn đất yếu để lÊy mÉu:
*Chiều dài đoạn đất yếu đến 200m thì cứ 1-2 m sâu lại phải lấy một mẫu đất yếu nguyên dạng
Khi chiều dài đoạn đất yếu vượt quá 200m, khối lượng mẫu cần lấy sẽ do Chủ nhiệm nghiệp vụ đề xuất và phải được Chủ đầu tư chấp thuận Tuy nhiên, cần đảm bảo rằng tối thiểu ở giữa mỗi lớp đất đều phải lấy một mẫu đất nguyên dạng.
Phơng pháp lấy mẫu, bao gói, vận chuyển và bảo quản mẫu nguyên dạng phải đợc thực hiện đúng nh các quy định ở Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2683-91.
III.3.5 Việc thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu nói ở điều III.1.2 phải đợc thực hiện với tất cả các mẫu nguyên dạng đã lấy theo các quy định sau:
Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu sức chống cắt, bao gồm lực dính C và góc ma sát , cần tuân thủ các phương pháp và quy định được quy định trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN.
Trong quy trình kiểm toán mức độ ổn định của nền đắp, cần xác định hai chỉ tiêu quan trọng: cắt nhanh và cắt nhanh cố kết Chỉ tiêu cắt nhanh được sử dụng để đánh giá ổn định trong quá trình đắp, trong khi chỉ tiêu cắt nhanh cố kết giúp kiểm tra sự ổn định của nền đắp khi đưa vào sử dụng.
Thí nghiệm xác định tính nén lún trong điều kiện không nở hông được thực hiện theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4200-86 Việc xác định trị số áp lực tiền cố kết pz được thực hiện theo hướng dẫn trong Phụ lục I của quy trình này.
Các chỉ tiêu khác đợc xác định theo các Tiêu chuẩn Việt Nam tơng ứng.
III.3.6 Việc thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất hoặc cát đắp nền đờng cũng đợc thực hiện theo các tiêu chuẩn tơng ứng nói ở điều III.3.5 với các mẫu chế bị bằng vật liệu đắp lấy từ mỏ đất hoặc cát có độ chặt và độ ẩm t ơng ứng nh thực tế Riêng với chỉ tiêu sức chống cắt thì chỉ áp dụng phơng pháp cắt nhanh.
III.3.7 Đối với mỗi chỉ tiêu dùng trong tính toán nên có ít nhất 6 số liệu thí nghiệm và trị số tính toán đợc xác định theo công thức:
t là trị số tính toán của chỉ tiêu
tb là trị số trung bình số học của các số liệu thí nghiệm
là độ lệch bình phơng trung bình
Với: Ai là trị số của chỉ tiêu mỗi lần thí nghiệm xác định đợc; n là số lần thí nghiệm đối với mỗi chỉ tiêu.
Khi lựa chọn trị số tính toán cho một chỉ tiêu, cần phân tích kỹ lưỡng các điều kiện thực tế ảnh hưởng đến chất lượng mẫu đất Đồng thời, cũng cần xem xét những tác động bất lợi của từng chỉ tiêu đến kết quả tính toán.
Ngoài ra, khi quyết định nên kết hợp với kinh nghiệm của các chuyên gia địa kỹ thuËt.
III.3.8 Các số liệu thí nghiệm hiện trờng bằng thiết bị xuyên tĩnh hoặc cắt cánh cũng đợc xử lý đa về trị số tính toán nh đã nói ở điều III.3.7 (tham khảo thêm các quy trình và tiêu chuẩn nói ở điều III.3.1, kết hợp với kinh nghiệm của các chuyên gia địa kỹ thuật).
IV Các giải pháp thờng áp dụng để thiết kế nền đắp trên đất yếu
IV.1 Yêu cầu chung đối với cấu tạo nền đắp trên đất yếu
IV.1.1 Cấu tạo của nền đắp trên đất yếu phải bảo đảm hạn chế đợc các tác dụng bất lợi của nớc ngập và nớc ngầm:
Đất đắp phải dùng loại ổn định nớc tốt, tuyệt đối không dùng các loại đất bụi (theo phân loại ở TCVN 5747-1993);
Các giải pháp thiết kế nền đắp trên đất yếu
Đắp trực tiếp trên đất yếu
IV.2.1 Có thể áp dụng giải pháp đắp trực tiếp (không dùng một biện pháp xử lý nào khác) khi tính toán ổn định và lún của nền đắp trực tiếp trên nền thiên nhiên (bao gồm cả đất yếu ở dới) hoặc trực tiếp trên nền đất yếu đều thỏa mãn đợc các yêu cầu và tiêu chuẩn nói ở mục II.1 và II.2 Phơng pháp tính toán ổn định đợc quy định ở mục V và phơng pháp tính toán lún đợc quy định ở mục VI của bản Quy trình này.
Trong mọi trường hợp thi công đắp trên đất yếu, cần thiết phải có một lớp đệm cát dày ít nhất 50 cm Lớp đệm này nên mở rộng thêm 0,5 đến 1,0 m so với chân taluy của nền đắp ở mỗi bên.
IV.2.2 Các trờng hợp sau đây có thể xét tới việc áp dụng giải pháp đắp trực tiếp.
Trên vùng đất yếu, lớp đất không thuộc các loại đất yếu được đề cập trong mục I.4 và I.5, thường được gọi là lớp vỏ trên bề mặt đất yếu Nếu lớp vỏ này dày từ 1 đến 2 mét, chiều cao nền đắp trực tiếp có thể đạt từ 2 đến 3 mét Ngược lại, nếu lớp vỏ dày hơn 2 mét, chiều cao đắp trực tiếp có thể lên tới 3 đến 4 mét.
Trên vùng than bùn loại I hoặc đất yếu dẻo mềm có bề dày than bùn dới 1 ~
Trên vùng bùn cát, bùn cát mịn (loại này có hệ số cố kết thờng lớn nên lún nhanh).
Trong trường hợp nền đắp dự báo lún ít và lún nhanh, nếu đắp ngay đến cao độ thiết kế không đảm bảo ổn định theo tiêu chuẩn, có thể áp dụng giải pháp đắp trực tiếp kèm với biện pháp khống chế tốc độ đắp Cụ thể, cần thực hiện đắp từng đợt và giữa các đợt có thời gian chờ cố kết để đảm bảo yêu cầu ổn định Tuy nhiên, nếu việc khống chế tốc độ đắp kéo dài quá lâu và ảnh hưởng đến tiến độ thi công của toàn bộ công trình, cần xem xét các giải pháp xử lý khác.
IV.2.3 Công nghệ đắp từ vùng nền thiên nhiên là đất không yếu ra vùng đất yếu để thi công nền đắp trực tiếp trên đất yếu
Khi thực hiện công nghệ đắp cần bảo đảm đợc các điều kiện sau :
đắp bờ, hút khô nớc trên bề mặt đất yếu;
vật liệu đắp phải là loại ổn định nớc tốt nh cát các loại, cấp phối sỏi cuội, đá hoặc các phế liệu công nghiệp
Phần đắp chỉ được thực hiện trên khu vực có nền đất yếu, và quá trình lu lèn cần được tiến hành từ nhẹ đến nặng Bắt đầu bằng máy ủi và sau đó sử dụng lu nặng cho đến khi vật liệu đắp không còn lún vào đất yếu, nhằm tạo ra mặt bằng thi công vững chắc.
phần nền đắp kể từ mặt đất tự nhiên trở lên phải đợc đắp từng lớp và bảo đảm đạt đợc yêu cầu đầm nén quy định).
IV.2.4 Để tạo điều kiện thi công đắp trực tiếp trên đất yếu đợc thuận lợi (tạo điều kiện cho xe máy đi lại trên vùng đất yếu và tạo điều kiện để đầm chặt các lớp đất đắp đầu tiên) có thể sử dụng vải địa kỹ thuật rải trên mặt đất yếu trớc khi đắp nh chỉ dẫn ở bảng IV.1 dới đây:
Bảng IV.1: Chọn vải và kết cấu đờng tạm phục vụ cho xe cộ đi lại trên vùng đất yếu
Các chỉ tiêu yêu cầu đối với vải địa kỹ thuật Loại vât liệu đắp đ- ờng tạm
Kết cấu đờng tạm Cờng độ chịu kéo đứt (kN/m) Độ dãn dài khi đứt (%)
Cờng độ chịu xé rách (kN)
1- Một lớp vải trên đắp 50 cm 12 25 0,8 0,1 125
I Cát, hỗn hợp cát sỏi thiên nhiên
2- Hai lớp vải trên mỗi lớp đắp 25 cm 8 15-80 0,3 0,1 125
3- Hai lớp vải trên mỗi lớp đắp 15 cm 16 15-80 0,5 0,1 80-200
1- Một lớp vải trên đắp 30 cm 25 25 1,2 0,1 200
2- Một lớp vải trên đắp 50 cm 12 25 0,8 5.10 -2 200
3- Hai lớp vải trên mỗi lớp đắp 15 cm 20 15-80 1,2 5.10 -2 200
Hệ số thấm có thứ nguyên là s -1 vì là m/s trên một đơn vị bề dày mẫu vải địa kỹ thuật đem thử;
Đường kính lỗ lọc của vải tương ứng với kích thước lớn nhất của hạt vật liệu có thể thấm qua vải, được xác định bởi D95 D95 là đường kính của hạt mà lượng chứa các kích cỡ nhỏ hơn chiếm tới 95%.
Để đạt hiệu quả cao trong việc đầm nén lớp đắp đầu tiên, vải cần được rải ngang và phủ chồng lên nhau ít nhất 0,5 m hoặc khâu chồng nhau 10 cm Đồng thời, nên chọn vải có cường độ chịu kéo đứt tối thiểu từ 25 kN/m trở lên.
IV.3 Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu
IV.3.1 Giải pháp này thờng rất có lợi về mặt tăng ổn định, giảm độ lún và thời gian lún; do vậy trừ trờng hợp trên đất yếu có tồn tại lớp vỏ không yếu ra, trong mọi trờng hợp khác ngời thiết kế đều nêu u tiên xem xét áp dụng hoặc kết hợp việc đào một phần đất yếu với các giải pháp khác Đặc biệt thích hợp là trờng hợp lớp đất yếu có bề dày nhỏ hơn vùng ảnh hởng của tải trọng đắp Dùng sơ đồ công nghệ đào đất yếu bằng máy xúc gầu dây, đào đến đâu đắp lấn đến đó thì chiều sâu đào có thể thực hiện đợc là 2 - 3 m Điều chủ yếu là phải thiết kế bố trí mặt bằng thi công hợp lý, thuận lợi cho việc đẩy đất đắp lấn nhanh chóng sau khi luống đào hình thành; đất yếu đào ra có thể đổ về phía 2 bên đoạn đã đắp lấn xong để tạo nên bệ phản áp Chiều sâu đào đất yếu cần thiết có thể xác định đợc thông qua tính toán hớng dẫn ở V.2.6 trên cơ sở thỏa mãn đợc các yêu cầu nói ở mục II.1 và II.2.
IV.3.2 Mặt cắt ngang phần đất yếu phải đào chỉ cần thiết kế dạng hình thang với đáy nhỏ ở phía dới sâu có bề rộng bằng đúng phạm vi bề rộng mặt nền đờng, còn đáy lớn ở trên vừa bằng phạm vi tiếp xúc của nền đắp với mặt đất yếu khi ch a đào (phạm vi giữa hai bên chân ta luy nền đắp) Điều này có nghĩa là, chiều sâu đào đất yếu chỉ cần bảo đảm đạt đợc trong phạm vi bề rộng nền đờng, còn hai bên ta luy chiều sâu đào có thể giảm dần.
IV.3.3 Các trờng hợp dới đây đặc biệt thích hợp đối với giải pháp đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu :
Bề dày lớp đất yếu từ 2m trở xuống (trờng hợp này thờng đào toàn bộ đất yếu để đáy nền đờng tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu);
Đất yếu thường là than bùn loại I hoặc loại sét, á sét dẻo mềm, dẻo chảy Nếu chiều dày của lớp đất yếu vượt quá 4-5m, có thể tiến hành đào một phần để giảm bớt độ dày, sao cho lớp đất yếu còn lại chỉ còn từ 1/2 đến 1/3 chiều cao của công trình, bao gồm cả phần đắp chìm trong đất yếu.
IV.3.4 Trờng hợp đất yếu có bề dày dới 3 m và có cờng độ quá thấp đào ra không kịp đắp nh than bùn loại II, loại III, bùn sét (độ sệt B >1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp dụng giải pháp bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đắp quá tải để nền tự lún đến đáy lớp đất yếu Giải pháp này đặc biệt thích hợp đối với trờng hợp thiết kế mở rộng nền đắp cũ khi cải tạo, nâng cấp đờng trên vùng đất yếu. Đá phải dùng loại kích cỡ 0,3 m trở lên và đợc đổ từ phía trong để đẩy đất yếu ra phía ngoài, sau khi đá nhô lên khỏi mặt đất yếu thì rải cát, đá nhỏ hoặc cấp phối lên và lu lèn từ nhẹ đến nặng dần Nếu đá nhỏ thì có thể dùng lồng, rọ đan thép hay lồng bằng chất dẻo tổng hợp trong đựng đá để đắp.
IV.3.5 Dùng cọc tre đóng 25 cọc/m 2 cũng là một giải pháp cho phép thay thế việc đào bớt đất yếu trong phạm vi bằng chiều sâu cọc đóng (thờng có thể đóng sâu 2 - 2,5 m) Cọc tre nên dùng loại có đờng kính đầu lớn trên 7 cm , đờng kính đầu nhỏ trên 4 cm bằng loại tre khi đóng không bị dập, gẫy Khi tính toán đợc phép xem vùng đóng cọc tre nh trên là nền đờng đã đắp Trên đỉnh cọc tre sau khi đã đắp một lớp 30 cm nên rải vải địa kỹ thuật (hoặc các loại geogrids có chức năng tơng tự) nh đã nói ở điều IV.2.4 để tạo điều kiện phân bố đều tải trọng nền đắp trên các cọc tre.
Tơng tự, có thể dùng các cọc tràm loại có đờng kính đầu lớn trên 12 cm, đầu nhỏ trên 5 cm, đóng sâu 3 - 5 cm với mật độ 16 cọc /m 2
IV.4 Đắp bệ phản áp
IV.4.1 Giải pháp này chỉ dùng khi đắp nền đờng trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức ổn định chống trợt trồi cho nền đờng để đạt các yêu cầu nói ở II.1.1, cả trong quá trình đắp và quá trình đa vào khai thác lâu dài Nếu đắp nền và đắp bệ phản áp hai bên đồng thời thì không cần khống chế tốc độ đắp, vì vậy có thể thi công nhanh Tuy nhiên giải pháp này không giảm đợc thời gian lún cố kết và không những không giảm đợc độ lún mà còn tăng thêm độ lún (do thêm tải trọng của bệ phản áp ở hai bên) Ngoài ra, nó còn có nhợc điểm là khối lợng đắp lớn và diện tích chiếm ruộng đất lớn Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét.
IV.4.2 Cấu tạo của bệ phản áp
Vật liệu đắp bệ phản áp là các loại đất hoặc cát thông thờng; trờng hợp khó khăn có thể dùng cả đất lẫn hữu cơ.
Bề rộng của bệ phản áp mỗi bên nên vợt quá phạm vi cung trợt nguy hiểm ít nhất từ 1-3 m, được xác định theo phương pháp tại điều V.1 và V.2 Đồng thời, mặt trên bệ phản áp cần tạo dốc ngang 2% ra phía ngoài để đảm bảo an toàn.
Tầng cát đệm
IV.5.1 Tầng cát đệm đợc bố trí giữa đất yếu và nền đắp để tăng nhanh khả năng thoát nớc cố kết từ phía dới đất yếu lên mặt đất tự nhiên dới tác dụng của tải trọng nền đắp
Tầng cát đệm là yếu tố quan trọng khi thi công trên đất yếu, đặc biệt trong các trường hợp đắp trực tiếp Việc sử dụng cát đệm trở nên bắt buộc khi áp dụng các giải pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng.
IV.5.2 Cát dùng làm tầng cát đệm cần phải bảo đảm đợc các yêu cầu sau:
Cát sử dụng cần có tỷ lệ hữu cơ không vượt quá 5%, với kích thước hạt lớn hơn 0,25 mm chiếm trên 50% và kích thước hạt nhỏ hơn 0,08 mm chiếm ít hơn 5% Ngoài ra, cát phải đáp ứng một trong hai tiêu chí nhất định.
D30 là kích cỡ hạt mà lợng chứa các cỡ nhỏ hơn nó chiếm 30%
D10 là kích thớc đờng kính hạt mà lợng chứa các cỡ nhỏ hơn nó chiếm 10%.
IV.5.3 Chiều dày tầng cát đệm ít nhất phải bằng độ lún tổng cộng S nói ở điều II.2.1 nhng không đợc nhỏ hơn 50 cm Độ chặt đầm nén của tầng cát đệm chỉ yêu cầu đạt 0,9 độ chặt đầm nén tiêu chuẩn (phục vụ xe máy thi công các lớp trên).
IV.5.4 Bề rộng mặt tầng cát đệm phải rộng hơn đáy nền đắp mỗi bên tối thiểu là 0,5
Mái dốc và phần mở rộng hai bên của tầng cát đệm cần được thiết kế với tầng lọc ngược để ngăn nước cố kết kéo theo cát Điều này đặc biệt quan trọng khi đất yếu bị lún, giúp nước cố kết thoát ra một cách an toàn Khi cần thiết, việc bơm hút bớt nước sẽ không làm ảnh hưởng đến cấu trúc của tầng cát đệm.
Tầng lọc ngợc có thể đợc cấu tạo theo cách thông thờng (xếp đá dày khoảng 20-
Khi sử dụng vải địa kỹ thuật có kích thước 25 cm, cần rải vải trên đất yếu trước khi đắp tầng cát đệm Sau đó, lật vải bọc cả mái dốc và phần mở rộng để thực hiện chức năng lọc ngược, với yêu cầu lớp vải phải chờm vào đáy nền ít nhất 2 m Ngoài ra, vải địa kỹ thuật cũng có thể được rải trực tiếp trên đất yếu để tăng cường ổn định trong quá trình đắp, đồng thời thực hiện các chức năng khác theo quy định.
IV.5.5 Trong trờng hợp sử dụng vải địa kỹ thuật làm tầng lọc ngợc nh nói ở điều
IV.5.4 thì đờng kính lỗ lọc của vải phải đảm bảo điều kiện sau:
Of là đờng kính lỗ lọc của vải cần chọn (m)
D85 là kích cỡ đờng kính hạt của vật liệu tầng cát đệm mà lợng chứa các cỡ nhỏ hơn nó chiếm 85% (m)
C là hệ số lấy bằng 0,64
Vải địa kỹ thuật kiêm thêm chức năng nào thì chỉ tiêu kỹ thuật của vải cũng đồng thời phải thỏa mãn các yêu cầu tơng ứng.
IV.5.6 Nớc cố kết từ tầng cát đệm qua tầng lọc ngợc thoát ra cần phải đợc thoát nhanh khỏi phạm vi lân cận nền đờng Cần thiết kế sẵn các đờng thoát nớc và khi cần thiết có thể bố trí bơm hút tháo nớc (đặc biệt là khi tầng cát đệm đã lún hết vào trong đất yếu).
IV.6 Thoát nớc cố kết theo phơng thẳng đứng (sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm)
IV.6.1 Nhờ có bố trí các phơng tiện thoát nớc theo phơng thẳng đứng (giếng cát hoặc bấc thấm) nên nớc cố kết ở các lớp sâu trong đất yếu dới tác dụng của tải trọng đắp sẽ có điều kiện để thoát nhanh (thoát theo phơng nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự nhiên) Tuy nhiên, để đảm bảo phát huy đợc hiệu quả thoát nớc này thì chiều cao nền đắp tối thiểu nên là 4 m và khi thiết kế cần thỏa mãn các điều kiện (IV.5a), (IV.5b) dới đây:
log log log log vz z pz vz z vz
vz là ứng suất (áp lực) thẳng đứng do trọng lợng bản thân các lớp đất yếu gây ra ở độ sâu z (MPa)
Trọng lượng thể tích và bề dày lớp đất i được xác định từ mặt tiếp xúc của đất yếu với đáy nền đắp (z=0) đến độ sâu z trong đất yếu Đối với các lớp đất yếu nằm dưới mức nước ngầm, cần sử dụng trọng lượng thể tích đẩy nổi (trừ đi 1) để tính toán chính xác.
Áp suất thẳng đứng tại độ sâu z trong đất yếu, ký hiệu là σz, được xác định bởi tải trọng đắp, bao gồm phần nền đắp và phần gia tải trước (nếu có), nhưng không tính phần chiều cao đắp quy đổi từ tải trọng xe cộ Giá trị σz được tính toán theo phương pháp Osterberg, như mô tả trong Phụ lục II.
Áp lực tiền cố kết tại độ sâu z trong đất yếu, ký hiệu là pz (MPa), được xác định thông qua thí nghiệm cố kết theo hướng dẫn tại Phụ lục I Để đảm bảo tính chính xác, các điều kiện (IV.5a) và (IV.5b) cần được thỏa mãn cho mọi độ sâu z, từ đáy nền đắp đến độ sâu cuối cùng của giếng cát hoặc bấc thấm Nếu các điều kiện này không được đáp ứng, cần áp dụng biện pháp gia tải trước, như đã nêu trong điều IV.6.8, nhằm tăng cường áp lực z.
IV.6.2 Các giải pháp dùng phơng tiện thoát nớc cố kết thẳng đứng thờng chỉ áp dụng khi tầng đất yếu dày (bề dày tầng đất yếu vợt quá bề rộng đáy nền đắp) và nền đắp cao Vì giá thành xây dựng cao nên thờng chỉ áp dụng khi dùng các giải pháp khác không thể bảo đảm đợc tiêu chuẩn về phần độ lún cố kết còn lại S nói ở điều II.2.3 trong thời hạn thi công quy định.
IV.6.3 Khi sử dụng các giải pháp thoát nớc cố kết thẳng đứng nhất thiết phải bố trí tầng cát đệm với các yêu cầu quy định ở các điều IV.5.2, IV.5.3, IV.5.4, IV.5.5 và IV.5.6 Nếu dùng giếng cát thì đỉnh giếng cát phải tiếp xúc trực tiếp với tầng cát đệm Nếu dùng bấc thấm thì bấc thấm phải cắm xuyên qua tầng cát đệm và cắt d thêm tối thiểu là 20 cm cao hơn mặt trên của tầng cát đệm.
IV.6.4 Cát dùng cho giếng cát cũng phải có yêu cầu nh nói ở điều IV.5.2 nhng đồng thời phải thỏa mãn cả 2 điều kiện IV.2 và IV.3.
IV.6.5 Bấc thấm dùng làm phơng tiện thoát nớc cố kết thẳng đứng phải đạt đợc các yêu cầu sau:
Kích thớc lỗ vỏ lọc của bấc
(xác định theo tiêu chuẩn ASTM D4571) : 095 75 m
Hệ số thấm của vỏ lọc (ASTM D4491) : 1.10 -4 m/sec
Khả năng thoát nớc của bấc thấm với áp lực 350 KN/m 2 (ASTM D4716) : qw 60.10 -6 m 3 /sec
Cờng độ chịu kéo ứng với độ dãn dài dới 10%
(ASTM D4595) nhằm chống đứt khi thi công : 1 KN/bấc
Bề rộng của bấc thấm (để phù hợp với thiết bị cắm bấc đã tiêu chuẩn hoá) : 100 mm 0,05 mm
IV.6.6 Giếng cát chỉ nên dùng loại có đờng kính từ 35 45 cm, bố trí kiểu hoa mai với khoảng cách giữa các giếng bằng 8-10 lần đờng kính giếng Nếu dùng bấc thấm thì cũng nên bố trí so le kiểu hoa mai với cự ly không nên dới 1,3 m và không quá 2,2 m.
IV.6.7 Việc quyết định chiều sâu giếng cát hoặc bấc thấm là một vấn đề kinh tế - kỹ thuật đòi hỏi ngời thiết kế cần phải cân nhắc dựa vào sự phân bố độ lún của các lớp đất yếu theo chiều sâu dới tác dụng của tải trọng đắp đối với mỗi trờng hợp thiết kế cụ thể Không nhất thiết phải bố trí đến hết phạm vi chịu ảnh hởng của tải trọng đắp (phạm vi chịu lún) nh đã nói ở điều III.3.2 mà chỉ cần bố trí đến một độ sâu có trị số độ lún cố kết của các lớp đất yếu, từ đó trở lên chiếm một tỷ lệ đủ lớn so với trị số lún cố kết Sc dự báo đợc sao cho nếu tăng nhanh tốc độ cố kết trong phạm vi có bố trí giếng hoặc bấc này là đủ đạt đợc tiêu chuẩn về độ lún cố kết cho phép còn lại nói ở điều II.2.3 trong thời hạn thi công quy định.
Các nguyên tắc lựa chọn giải pháp thiết kế
ảnh hởng gây lún của nền đắp đối với các công trình nhân tạo hiện có.
IV.8.2 Trong mọi trờng hợp cần phải tận dụng hết thời gian thi công cho phép: Đắp trên đất yếu phải khởi công sớm nhất và nếu cần thiết có thể cho phép kéo dài tối đa tới kỳ hạn cuối cùng trong tiến độ chung hoặc chia làm nhiều đợt đắp, vừa đắp vừa chờ cố kết Tận dụng thời gian tối đa nh vậy là một biện pháp đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể, do đó nên kết hợp áp dụng cùng với mọi giải pháp xử lý khác.
IV.8.3 Trong quá trình thi công trên thực tế, phải luôn xem xét kết quả theo dõi hệ thống quan trắc (mục II.3), so sánh nó với các yêu cầu khống chế về ổn định và biến dạng nói ở II.1.2 và II.2 để kịp thời điều chỉnh lại tốc độ đắp nếu cần thiết, đồng thời có thể điều chỉnh cả các giải pháp thiết kế theo hớng có lợi hơn về kinh tế - kỹ thuật so với thiết kế ban đầu Đặc biệt là phải dựa vào quan trắc lún thực nh nói ở điều II.2.5 để dự báo lún cố kết còn lại khi quyết định thời điểm có thể thi công các hạng mục công trình có liên quan đến yêu cầu khống chế lún của nền đắp trên đất yếu (các dự báo lún theo tính toán chỉ dùng để đ a ra các giải pháp thiết kế).
IV.8.4 Đối với trờng hợp chiều dài tuyến đờng qua vùng đất yếu có các đặc trng địa kỹ thuật tơng đối đồng nhất từ 500 m trở lên thì nên tổ chức thi công làm thử trên thực địa một đoạn nền đắp dài 30 - 50 m (không nên ngắn hơn 2 lần bề rộng đáy nền đắp) có bố trí các thiết bị quan trắc nh nói ở mục II.3 để từ đó chính xác hoá các giải pháp thiết kế trớc khi thi công đồng loạt Việc làm thử này phải đợc thực hiện trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và việc điều chỉnh sau làm thử sẽ đợc thực hiện trong giai đoạn thiết kế lập bản vẽ thi công chi tiết. Đối với trờng hợp chiều cao nền đắp thấp càng nên làm thử Thời gian theo dõi quan trắc đoạn thí nghiệm làm thử nên từ 6 - 12 tháng.
Tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu
Phơng pháp tính toán
V.1.1 Trong quy trình này sử dụng phơng pháp phân mảnh cổ điển hoặc phơng pháp
Bishop với mặt trợt tròn khoét xuống vùng đất yếu là phương pháp cơ bản để đánh giá mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu Phương pháp này giúp xác định khả năng chịu lực và tính toán các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của công trình xây dựng.
V.1.2 Phơng pháp phân mảnh cổ điển đợc tính theo sơ đồ ở hình V.1 và hệ số ổn định
Kj ứng với một mặt trợt tròn có tâm Oj đợc xác định theo công thức V.1:
Hình V.1 trình bày sơ đồ tính ổn định theo phương pháp phân mảnh với mặt trợt tròn Trong đó, chiều cao quy đổi tải trọng xe cộ được xác định theo công thức II.1.
Trong hình V.1, mảnh trợt i rộng di chịu tác động của trọng lượng bản thân Qi và lực động đất Wi (nếu cần xem xét) Nếu có rải vải địa kỹ thuật để tăng cường ổn định, toàn khối trợt còn chịu tác động của lực giữ F (xem hình IV.1 và điều IV.7.1) Lực Wi được xác định theo điều II.4.4, trong khi lực F được xác định theo điều IV.7.1 và IV.7.2 Các lực tác dụng này có cánh tay đòn so với tâm trợt Oj là Yi.
Trong một mặt trợt tròn với tâm Oj, lực Y (lực F) sẽ giữ nguyên, trong khi lực Yi sẽ thay đổi tùy thuộc vào vị trí của trọng tâm mảnh trợt.
i là chiều dài cung trợt trong phạm vi mảnh i n là tổng số mảnh trợt đợc phân mảnh trong phạm vi khối trợt
i là góc giữa pháp tuyến của cung i với phơng của lực Qi (hình V.1)
Rj là bán kính của đường cong cung trợt, trong khi i đại diện cho lực dính đơn vị và góc ma sát trong của lớp đất chứa cung trợt i của mảnh trợt i Nếu cung i nằm trong vùng nền đắp, cần sử dụng trị số lực dính và góc ma sát trong của đất đắp Đối với vùng đất yếu, khi áp dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường, sử dụng i = 0 và ci được xác định bằng sức chống cắt tính toán C u i.
V.1.3 Khi tính toán theo phơng pháp Bishop thì hệ số ổn định Kj ứng với một mặt trợt tròn có tâm Oj (hình V.1) đợc xác định theo công thức sau :
Các ký hiệu trong (V.2) và (V.3) có ý nghĩa tương tự như trong (V.1) ở hình V.1 Việc xác định chúng được thực hiện giống như trong phương pháp phân mảnh cổ điển Tuy nhiên, quá trình tính toán theo (V.2) và (V.3) là một quá trình lặp mò dần, vì giá trị ở (V.3) phụ thuộc vào Kj Do đó, khi áp dụng phương pháp Bishop, việc sử dụng các chương trình tính toán trên máy vi tính là cần thiết.
Những chú ý khi vận dụng phơng pháp tính toán phân mảnh cổ điển và Bishop
phân mảnh cổ điển và Bishop
V.2.1 Bề rộng mảnh trợt di không đợc quá 2 m và phải phân mảnh sao cho chiều dài cung trợt trong phạm vi mỗi mảnh i phải nằm trong cùng một lớp đất Mỗi mảnh trợt bao gồm tất cả các lớp đất kể từ mặt trợt trở lên (có thể gồm cả tầng cát đệm, phần đắp chìm trong đất yếu, phần lớp đất không yếu, phần đắp phản áp, phần đắp gia tải trớc và phần chiều cao đắp tơng ứng với tải trọng xe cộ quy đổi).
V.2.2 Xác định trọng lợng bản thân mỗi mảnh trợt Qi nh sau:
Chiều cao của mảnh i trong các lớp đất khác nhau được xác định bởi hk, với dung trọng thể tích khô k thay đổi theo từng lớp đất (N là số lớp đất khác nhau) Đối với các lớp đất yếu dưới mức nước ngầm, giá trị k cần sử dụng trọng lượng thể tích đẩy nổi, trừ đi 1.
Khi tính toán Qi cho các mảnh trợt nằm trong phạm vi bề rộng của nền đường, cần lưu ý thêm chiều cao quy đổi tải trọng xe cộ hx theo công thức (II.1) trong hình V.1 và chiều cao đắp gia tải trước (nếu có).
V.2.3 Phải tính toán với nhiều mặt trợt tròn (Oj, Rj) khác nhau để xác định đợc mặt tr- ợt nguy hiểm nhất và hệ số ổn định nhỏ nhất Kj min (viết tắt là Kmin) Trị số Kmin này đợc dùng để đánh giá đối với các yêu cầu về ổn định trợt trồi nói ở II.1 Chú ý rằng phải vẽ đợc (xác định đợc) vị trí mặt trợt nguy hiểm nhất dự báo theo tính toán để làm cơ sở cho việc thiết kế bố trí các giải pháp xử lý nh bề rộng bệ phản áp (điều IV.2.4), chiều sâu bố trí phơng tiện thoát nớc thẳng đứng (điềuIV.6.7) hoặc để xác định vùng hoạt động khi tăng cờng ổn định bằng vải địa kỹ thuật (hình IV.1) Trong trờng hợp lớp đất yếu mỏng, mặt trợt có thể gồm các đoạn cung tròn kết hợp với một đoạn thẳng ở đáy lớp đất yếu (đặc biệt là khi đáy có độ dốc trên 10).
V.2.4 Nếu không sử dụng máy tính thì có thể mò tìm mặt trợt nguy hiểm nhất bằng cách cho vị trí tâm Oj của chúng thay đổi trong vùng "tâm trợt nguy hiểm nhất" nh thể hiện trên hình V.2 :
Hình V.2: Sơ đồ xác định vùng tâm trợt nguy hiểm (I là điểm giữa mái ta luy nền đắp, C là chân ta luy nền đắp)
Nếu nền đắp bằng cát với lực dính c = 0, giao điểm giữa mặt trợt nguy hiểm nhất có thể thay đổi trên toàn bộ phạm vi AB Ngược lại, nếu nền đắp bằng đất có lực dính lớn, giao điểm này thường nằm tại điểm A hoặc gần A, từ A đến giữa tim nền đắp.
V.2.5 Các chơng trình tính trên máy vi tính để xác định hệ số ổn định Kj và mò tìm hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin phải có khả năng bảo đảm đợc các yêu cầu tính toán nói ở các điều V.1, V.2.1, V.2.3.
V.2.6 Khi đánh giá mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu có dùng các giải pháp xử lý khác nhau nói ở IV.2, IV.3, IV.4, IV.6, IV.7 thì vẫn áp dụng các phơng pháp nói ở V.1 và những yêu cầu vận dụng nói ở V.2 (đặc biệt là điều V.2.1 và V.2.2) Điều này đòi hỏi trớc khi giả thiết các mặt trợt và tiến hành tính toán phải vẽ mặt cắt ngang nền đắp với đầy đủ các lớp nền thiên nhiên phía dới và các cấu tạo theo yêu cầu của giải pháp xử lý tơng ứng (chiều sâu đào đất yếu, tầng đệm cát, bệ phản áp, hình dạng khối đất đắp gia tải trớc, bố trí các lớp vải địa kỹ thuật ) trong đó chiều cao nền đắp phải kể thêm chiều cao quy đổi tải trọng xe cộ.
V.2.7 Nếu áp dụng các giải pháp đắp thành nhiều đợt thì việc xác định chiều cao đắp cho phép đối với mỗi đoạn đợc làm nh sau:
Giả thiết một chiều cao đắp nền
Tính toán mức độ ổn định của nền ở chiều cao đắp được thực hiện theo phương pháp tại V.1 và V.2, dựa trên sức chống cắt của đất yếu xác định cho từng đợt đắp (xem phần V.3) Nếu kết quả thỏa mãn điều kiện tại II.1.1 và Kmin không vượt quá giá trị tối đa (khuyến nghị Kmin = 1,2), chiều cao giả thiết sẽ được chấp nhận là chiều cao thiết kế cho mỗi đợt đắp Ngược lại, cần điều chỉnh giả thiết cho đến khi đạt được Kmin = 1,2.
Cho phép sử dụng các loại toán đồ tra sẵn chiều cao đắp giới hạn Hgh hoặc các công thức tính tải trọng giới hạn Pgh, tùy thuộc vào đặc trưng sức chống cắt của đất yếu, để nhanh chóng xác định giá trị chiều cao đắp nền giả thiết Tuy nhiên, cần phải nghiệm toán lại theo phương pháp mặt trợt tròn đã đề cập ở V.1 và V.2 Lưu ý rằng Pgh = d Hgh, với d là dung trọng của đất đắp nền đường hoặc đắp gia tải trước.
Sử dụng các chương trình tính toán trên máy vi tính, có thể giả định 3 - 4 trị số chiều cao đắp và chạy máy để xác định trị số Kmin tương ứng với mỗi chiều cao Qua mối quan hệ Kmin = f(Hđắp), chúng ta có thể xác định chiều cao đắp cho phép với Kmin = 1,2.
Các trờng hợp tính toán ổn định và thông số tính toán tơng ứng
V.3.1 Có 3 trờng tính toán ổn định đòi hỏi phải sử dụng sức chống cắt tính toán ở trạng thái khác nhau nh dới đây:
1 Trờng hợp I: Nền đắp đợc xây dựng trong điều kiện đất yếu phía dới cha kịp cố kết hoặc có cố kết nhng ở mức độ không đáng kể nh các trờng hợp cụ thể dới ®©y:
Trờng hợp tính toán đánh giá mức độ ổn định phục vụ đề xuất các giải pháp thiết kế nói ở điều IV.8.1;
Trong trường hợp áp dụng các giải pháp như đắp trực tiếp và đắp có rải vải địa kỹ thuật (IV.2 và IV.7), cần chú ý đến việc đào một phần đất yếu (IV.3) và sử dụng bệ phản áp (IV.4) để đảm bảo hiệu quả công trình.
Trong trường hợp thực hiện đắp nền đợt đầu tiên theo phương pháp đắp thành nhiều đợt (IV.8.2 và V.2.7), cần áp dụng giải pháp tầng đệm cát (IV.5) và thoát nước thẳng đứng (IV.6) để đảm bảo hiệu quả và ổn định của công trình.
2 Trờng hợp II: Nền đắp trên đất yếu sau khi hoàn thành đa vào khai thác sử dụng, đất yếu phía dới đã đạt mức độ cố kết 90% trở lên.
3 Trờng hợp III: Nền đắp trong quá trình xây dựng với giải pháp đắp làm nhiều đợt, vừa đắp vừa chờ cố kết (IV.8.2), mức độ cố kết của đất yếu tăng dần trong những đợt đắp thứ hai, thứ ba.
Nếu kết quả tính toán trong trường hợp I ổn định với chiều cao đắp một lần bằng chiều cao nền thiết kế và đáp ứng các yêu cầu tại II.1.1, thì không cần tính toán theo các trường hợp II và III, bất kể giải pháp xử lý nào được áp dụng.
V.3.2 Đối với trờng hợp I, các đặc trng về sức chống cắt đa vào tính toán phải đợc xác định nh sau:
Đối với đất nền đắp và lớp cát đệm, trị số lực dính c và góc ma sát được xác định thông qua mẫu chế bị ở độ chặt và độ ẩm thực tế bằng thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm Nếu nền đắp bị ngập nước hai bên, mẫu cắt cần được chế bị ở độ ẩm bất lợi nhất tương ứng.
Đối với các lớp đất tự nhiên yếu hoặc không yếu nằm dưới nền đắp, cần sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Trị số lực dính tính toán Cu được xác định theo công thức, với điều kiện góc ma sát φ = 0.
Ss là sức chống cắt nguyên dạng (MPa) không thoát nớc từ thí nghiệm cắt cánh hiện trờng
Hệ số hiệu chỉnh (theo Bjerum) phản ánh ảnh hưởng bất đẳng hớng của đất, tốc độ cắt và tính phá hoại liên tiếp của nền đất yếu, tùy thuộc vào chỉ số dẻo Ip Trị số được xác định theo bảng V.1, cho thấy mối liên hệ giữa hệ số này và chỉ số dẻo của đất.
(Nội suy bậc nhất giữa các khoảng trong bảng)
Chỉ sử dụng đặc trưng sức chống cắt (ci, i) từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm khi không có khả năng tiếp cận thiết bị thí nghiệm cắt cánh hiện trường.
V.3.3 Đối với trờng hợp II: Đặc trng sức chống cắt của các lớp đất yếu và không yếu nằm dới nền đắp (C và ) đợc xác định với mẫu nguyên dạng thông qua thí nghiệm cắt nhanh cố kết trong phòng thí nghiệm; đối với các lớp đất đắp (kể cả tầng cát đệm, nếu có) vẫn đợc xác định nh ở trờng hợp I.
V.3.4 Đối với trờng hợp III: Các đặc trng sức chống cắt của các lớp đất và nền đắp đều đợc xác định nh đối với trờng hợp I nhng trị số Ss trong công thức V.5 nay đợc thay bằng trị số Su xác định nh sau:
Su = U [0,22.z + Ss(pz/vz) 0,2 ] (V.6) Trong đó:
U là mức độ cố kết dự báo từ khi bắt đầu đắp nền đợt đầu tiên cho đến khi bắt đầu đắp nền đợt II tiếp theo, được tính bằng phần số thập phân của 1 (ví dụ, đất cố kết 50% thì U = 0,5) và được dự tính theo cách quy định tại điều VI.3.1.
Trong thí nghiệm cắt nhanh, công thức (V.5) xác định các yếu tố như z, pz, và vz từ trạng thái tự nhiên của đất trước khi đắp Lực dính tính toán Su được tính theo công thức (V.6), từ đó xác định sức chống cắt tính toán C u i theo (V.5), phụ thuộc vào mức độ cố kết của đất yếu sau khi đắp đợt đầu Đặc biệt, trị số sức chống cắt tính toán khi U = 1 cần phải nhỏ hơn trị số sức chống cắt trong trường hợp II.
Trong bài viết, ci và i được xác định thông qua thí nghiệm cắt nhanh cố kết như đã nêu ở phần V.3.3 Nếu giá trị Cu tính theo công thức (V.5 và V.6) lớn hơn trị số bên phải của công thức (V.7), chỉ có thể sử dụng trị số bên phải của (V.7) để thực hiện các phép tính.
Tính toán lún nền đắp trên đất yếu
Tính độ lún cố kết S c
VI.1.1 Độ lún cố kết Sc đợc dự tính theo phơng pháp phân tầng lấy tổng với công thức sau:
S c 1 e H i C log / C log o i i 1 n r i pz i vz i c i z i vz i pz
Bề dày lớp đất tính lún thứ i được phân thành n lớp với các đặc trưng biến dạng khác nhau, trong đó i từ 1 đến n và Hi không vượt quá 2,0 m Hệ số rỗng e o i của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu (trước khi có cha đắp nền bên trên) cũng cần được xem xét.
C c i chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đờng cong nén lún (biểu diễn dới dạng e log ) trong phạm vi i > pz i của lớp đất i
Chỉ số C i r biểu thị độ dốc của đường cong nén lún trong khoảng i < pz i, được gọi là chỉ số nén lún hồi phục trong quá trình giảm tải.
Áp lực (ứng suất nén thẳng đứng) tại lớp đất i, ký hiệu là σvz, σipz và σzi, được xác định bởi trọng lượng của các lớp đất tự nhiên phía trên lớp i, áp lực tiền cố kết tại lớp i và áp lực do tải trọng đắp gây ra Các trị số áp lực này được tính toán tương ứng với độ sâu z ở giữa lớp đất yếu i.
(đất ở trạng thái cha cố kết xong dới tác dụng của trọng lợng bản thân) và khi vz i > i pz
(đất ở trạng thái cố kết bình thờng) thì công thức (V.8) chỉ còn một số hạng sau (không tồn tại số hạng có mặt C i r ). b) Khi vz i < pz i
(đất ở trạng thái quá cố kết) thì tính độ lún cố kết Sc theo VI-
vz i thì áp dụng đúng công thức (VI.1) với cả hai số hạng ;
vz i thì áp dụng công thức sau :
VI.1.2 Xác định các thông số và trị số tính toán trong công thức dự tính lún (VI.1)
Các thông số C_i_r, C_c_i và σ_pz_i được xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông, áp dụng cho các mẫu nguyên dạng đại diện cho lớp đất yếu i Quy trình thực hiện dựa trên hướng dẫn tại TCVN 4200-86 cùng với các hướng dẫn bổ sung trong Phụ lục I và các điều III.3.5, III.3.7 của bản Quy trình này.
Trị số ứng suất (áp lực) vz i đợc xác định nh hớng dẫn ở điều IV.6.1 (công thức IV.6).
Các trị số áp lực σzi được xác định theo toán đồ Osterberg như đã trình bày ở Phụ lục II, cụ thể tại IV.6.1 Những trị số này chỉ áp dụng cho tải trọng nền đắp thiết kế theo điều II.2.2, đồng thời có tính đến yếu tố dự phòng lún được đề cập ở VI.3.
VI.1.3 Chiều sâu vùng đất yếu bị lún dới tác dụng của tải trọng đắp hay phạm vi chịu ảnh hởng của tải trọng đắp za đợc xác định theo điều kiện:
Ứng suất Za là lực do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu tương ứng, và khi tính toán độ lún tổng cộng S, tải trọng này chỉ bao gồm tải trọng đắp thiết kế.
vza là ứng suất do trọng lợng bản thân các lớp phía trên gây ra ở độ sâu Za
(có xét đến áp lực đẩy nổi nếu các lớp này nằm dới mức nớc ngầm)
Việc phân tầng để tính toán độ lún tổng cộng chỉ được thực hiện đến độ sâu za đã nêu, và đây cũng là độ sâu cần thăm dò trong khảo sát địa kỹ thuật cho vùng đất yếu.
Dự tính độ lún tổng cộng S và độ lún tức thời S i
VI.2.1 Độ lún tổng cộng S đợc dự đoán theo quan hệ kinh nghiệm sau:
Khi m nằm trong khoảng 1,1 đến 1,4, việc áp dụng các biện pháp hạn chế sự biến dạng của đất yếu dưới tải trọng đắp, như sử dụng đắp phản áp hoặc rải vải địa kỹ thuật, là rất cần thiết để tối ưu hóa giá trị m.
= 1,1; ngoài ra chiều cao đắp càng lớn và đất càng yếu thì sử dụng trị số m càng lín.
VI.2.2 Độ lún tức thời Si nói ở điều II.2.1 cũng đợc dự tính theo quan hệ sau:
Si = (m 1) Sc (VI.4) với m có ý nghĩa và xác định nh ở điều VI.2.1.
VI.2.3 Trình tự tính toán lún của nền đắp trên đất yếu Để tính độ lún tổng cộng S theo công thức (VI.3) thì phải tính đợc độ lún cố kết
Để xác định các thông số và trị số tính toán theo phương pháp Sc theo (VI.1) hoặc (VI.1'), cần phải tính toán trị số i z phụ thuộc vào tải trọng đắp, bao gồm cả phần đắp lún vào đất yếu S Do S chưa được xác định ban đầu, quá trình tính lún sẽ diễn ra theo phương pháp lặp thử dần.
Giả thiết độ lún tổng cộng (Sgt) thường dao động từ 5-10% bề dày của đất yếu hoặc chiều sâu vùng đất yếu chịu lún Đối với các khu vực có than bùn, độ lún có thể tăng cao, với giả thiết Sgt đạt từ 20-30% bề dày đất yếu.
Tính toán phân bố ứng suất σzi theo toán đồ Osterberg được thực hiện với chiều cao nền đắp thiết kế có dự phòng lún H'tk = Htk + Sgt Trong đó, Htk là chiều cao nền đắp thiết kế, được xác định từ mặt đất thiên nhiên đến mép vai đờng nếu đắp trực tiếp, hoặc từ cao độ mặt đất yếu sau khi đào nếu có đào bớt đất yếu.
Với tải trọng đắp H'tk tính toán độ lún cố kết Sc theo (VI.1) hoặc (VI 1') tùy trờng hợp;
Nếu Sc tính đợc thỏa mãn điều kiện (VI.4) tức là S S c m
Để xác định kết quả, cần tính toán Sc và S = Sgt Nếu các điều kiện không được thỏa mãn, cần điều chỉnh lại S và lặp lại quy trình tính toán.
VI.2.4 Chiều cao nền đắp thiết kế có dự phòng lún H'tk đợc xác định là:
Cao độ nền đắp trên đất yếu cần được thiết kế cao thêm một trị số S để đảm bảo dự phòng lún Bề rộng nền đắp tại cao độ tương ứng với chiều cao H'tk phải đạt bằng bề rộng nền đắp đã được thiết kế.
Dự tính độ lún cố kết theo thời gian trong trờng hợp thoát nớc một chiều theo phơng thẳng đứng
VI.3.1 Trong trờng hợp này độ cố kết U của đất yếu đạt đợc sau thời gian t kể từ lúc đắp xong nền đờng thiết kế và đắp xong phần đắp gia tải trớc (nếu có) đợc xác định tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv nh bảng VI.1.
C v tb là hệ số cố kết trung bình theo phơng thẳng đứng của các lớp đất yếu trong phạm vi chiều sâu chịu lún za (xem ý nghĩa ở điều VI.1.3)
Với hi là bề dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi za (za = hi) có hệ số cố kết khác nhau Cvi
Cvi được xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với các mẫu nguyên dạng đại diện cho lớp đất yếu i, theo tiêu chuẩn TCVN 4200-86 Thí nghiệm này tương ứng với áp lực trung bình vz i và z i, giúp đánh giá tính chất cơ học của đất.
mà lớp đất yếu i phải chịu trong quá trình cố kết
Chiều sâu thoát nước H được xác định theo phương thẳng đứng Nếu chỉ có một mặt thoát nước ở phía trên, thì H bằng za Ngược lại, nếu có hai mặt thoát nước ở cả phía trên và dưới (dưới lớp đất cát hoặc thấu kính cát), thì H sẽ bằng 1/2 za.
Bảng VI.1: Độ cố kết đạt đợc tùy thuộc vào nhân tố Tv ; Uv = f (T)
Chú ý là nếu Cv tính bằng cm 2 /sec thì hi và H phải tính bằng cm và t phải tính bằng sec (giây).
VI.3.2 Độ lún cố kết của nền đắp trên đất yếu sau thời gian t nói trên đợc xác định nh sau:
Trong đó Sc xác định nh ở điều VI.2.3 còn Uv xác định nh ở VI.3.1.
Phần độ lún cố kết còn lại sau thời gian t, S sẽ là:
VI.3.3 Dựa vào các quan hệ (VI.6, VI.7) và bảng VI.1 ngời thiết kế có thể xác định đ- ợc thời gian cần thiết phải chờ sau khi đắp nền (bao gồm cả thời gian thi công kết cấu áo đờng) để phần độ lún cố kết còn lại sau khi làm xong mặt đờng nằm trong phạm vi cho phép nói ở điều II.2.3; từ đó xem có cần áp dụng các giải pháp tăng nhanh lún hay không.
VI.4 Dự tính lún cố kết theo thời gian trong trờng hợp thoát nớc 2 chiều (có sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm)
IV.4.1 Trong trờng hợp này độ cố kết U đạt đợc sau thời gian t kể từ lúc đắp xong đợc xác định theo công thức sau:
Uv là độ cố kết theo phơng thẳng đứng vẫn đợc xác định nh nói ở điều
Uh là độ cố kết theo phơng ngang do tác dụng của giếng cát hoặc bấc thấm (xác định nh ở điều VI.4.2).
VI.4.2 Độ cố kết theo phơng ngang Uh đợc xác định nh sau:
Th là nhân tố thời gian theo phơng ngang:
Với là khoảng cách tính toán giữa các giếng cát hoặc bấc thấm:
- Nếu bố trí giếng hoặc bấc thấm theo kiểu ô vuông = 1,13 D (VI.13)
- Nếu bố trí theo kiểu tam giác = 1,05 D (VI.14)
D là khoảng cách giữa các tim giếng hoặc bấc.
Hệ số cố kết theo phương ngang Ch (cm²/sec) có thể xác định qua thí nghiệm nén lún không nở hông với mẫu nguyên dạng theo TCVN 4200-86 Trong trường hợp vùng đất yếu có nhiều lớp đất với các giá trị Ch khác nhau, trị số Ch được sử dụng để tính toán là trị số trung bình gia quyền theo bề dày các lớp Trong giai đoạn lập dự án khả thi, có thể tạm dùng mối quan hệ sau để xác định trị số Ch cho tính toán.
Ch = (25)Cv tb (VI.15) Với Cv tb đợc xác định nh nói ở điều VI.3.1.
F(n) là yếu tố đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách giữa các giếng cát hoặc bấc thấm, được xác định dựa trên tỉ số n = λ/d, trong đó d là đường kính của giếng cát hoặc đường kính tương đương của bấc thấm.
Fs là nhân tố xét đến ảnh hởng của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm (làm hệ số thấm trong vùng đó bị giảm đi).
Fr là nhân tố xét đến ảnh hởng về sức cản của bấc thấm.
Khi sử dụng giếng cát, không cần xem xét hai yếu tố này (tức là Fs = 0 và Fr = 0) Tuy nhiên, khi áp dụng bấc thấm, các yếu tố này sẽ được xác định theo quy định tại điều VI.4.3.
VI.4.3 Trờng hợp sử dụng bấc thấm làm phơng tiện thoát nớc thắng đứng thì các nhân tố F(n), Fs và Fr trong (VI.11) đợc xác định nh sau:
Nhân tố F (n) vẫn theo công thức (VI.16) với đờng kính tơng đơng của một bấc thÊm d tÝnh nh sau: d a b
Trong đó: a là chiều rộng, b là bề dày của tiết diện bấc thấm
Vì d nhỏ nên tỷ số n thờng lớn và n 2 >> 1, do vậy có thể tính F (n) theo công thức đơn giản sau:
Nhân tố xét đến ảnh hởng xáo động:
Fs = (kh/ks - 1) ln (ds/d) ; (VI.19)
Hệ số thấm của đất yếu được xác định qua hai phương ngang (kh) và thẳng đứng (ks), với điều kiện ks < kh Khi chưa đóng bấc thấm, đất yếu không bị xáo động, và sau khi đóng bấc thấm, thường cho phép lấy ks = kv Trong thực tế, việc tính toán thường áp dụng các hệ số này để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và thi công.
- Ch và Cv là hệ số cố kết của đất yếu theo phơng nằm ngang và phơng thẳng đứng
Tỷ số ds/d thể hiện mối quan hệ giữa đường kính tương đương của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm và đường kính tương đương của chính bấc thấm Theo các tính toán thực tế, tỷ số này có thể áp dụng trong khoảng từ 2 đến 3.
Nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm:
Chiều dài tính toán của bấc thấm (L) phụ thuộc vào số mặt thoát nước: nếu chỉ có một mặt thoát nước phía trên, L bằng chiều sâu đóng bấc thấm; nếu có hai mặt thoát nước (trên và dưới), L bằng 1/2 chiều sâu đóng bấc thấm Hệ số thấm ngang (kh) của đất yếu có thể được xác định gần đúng từ hệ số thấm theo phương thẳng đứng (kv) hoặc qua thí nghiệm thấm trực tiếp Khả năng thoát nước của bấc thấm (qw) được tính theo gradien thủy lực bằng 1 và lấy từ chứng chỉ xuất xưởng của bấc thấm Tỷ số kh/qw có thể dao động từ 0,00001 đến 0,001 m² đối với đất yếu loại sét hoặc á sét, từ 0,001 đến 0,01 đối với than bùn, và từ 0,01 đến 0,1 đối với bùn cát.
VI.4.4 Trong trờng hợp sử dụng giếng cát thì khi thiết kế có thể trực tiếp dùng toán đồ hình VI.1 biểu thị mối quan hệ (VI.11) với F (n) theo (VI.16) và Fs=Fr= 0.
Hình VI.1: Toán đồ xác định độ cố kết theo phơng nằm ngang Uh theo Th và n
VI.4.5 Độ lún cố kết đạt đợc St và phần độ lún còn lại S sau thời gian t trong trờng hợp thoát nớc cố kết 2 chiều cũng vẫn đợc xác định nh ở công thức (VI.8) và (VI.9) nhng thay Uv bằng U tính đợc theo (VI.10).
VI.5 Nh÷ng chó ý khi dù tÝnh lón
VI.5.1 Để xét đến ảnh hởng của thời gian thi công đắp (kéo dài trong một thời hạn nhất định chứ không phải đắp đột ngột xong ngay) đối với diễn biến lún của nền đắp trên đất yếu có thể dùng cách suy diễn đơn giản nh hình VI.2 với giả thiết tải trọng đắp tăng tuyến tính.
Đầu tiên, cần vẽ đường cong lún cố kết theo thời gian St = Sc U trong trường hợp tải trọng đắp tác dụng đồng thời Đường cong này được thể hiện bằng đường chấm gạch và đường 2 hình trong hình VI.2.
Hình VI.2: Diễn biến lún theo thời gian có xét đến thời gian thi công đắp nền
Độ lún cuối cùng trong quá trình thi công được xác định bằng độ lún của đường 2 tại thời điểm đạt được một nửa tổng chiều cao (tc/2) Trong hình vẽ, từ điểm 1/2tc, hạ xuống đường cong 2 tại điểm H, sau đó kéo ngang đến đường thẳng đứng từ tc tại điểm E.
Nh÷ng chó ý khi dù tÝnh lón
VI.5.1 Để xét đến ảnh hởng của thời gian thi công đắp (kéo dài trong một thời hạn nhất định chứ không phải đắp đột ngột xong ngay) đối với diễn biến lún của nền đắp trên đất yếu có thể dùng cách suy diễn đơn giản nh hình VI.2 với giả thiết tải trọng đắp tăng tuyến tính.
Để mô phỏng sự lún cố kết theo thời gian, trước tiên cần vẽ đường cong lún St = Sc U trong trường hợp tải trọng đắp tác động đồng thời Hình ảnh này được thể hiện qua đường cong chấm gạch và đường 2 trong hình VI.2.
Hình VI.2: Diễn biến lún theo thời gian có xét đến thời gian thi công đắp nền
Độ lún cuối cùng trong quá trình thi công được xác định bằng độ lún của đường 2 tại thời điểm đạt một nửa tổng thời gian thi công (tc/2) Theo hình vẽ, từ điểm 1/2tc, kéo thẳng xuống đường cong 2 tại điểm H, sau đó kéo ngang đến điểm E theo đường thẳng đứng từ tc.
Độ lún tại thời điểm t được xác định từ điểm K, nơi lún ở thời điểm t/2 của đường cong 2 Điểm N được nối với ON, cắt đường thẳng đứng từ t tại M Kết quả là đường cong dự báo lún được vẽ, có tính đến thời gian thi công đắp nền, thể hiện qua đường cong 1 qua OME trong hình VI.1.
VI.5.2 Do mang nhiều giả thiết gần đúng về lý thuyết và về thông số đa vào tính toán nên kết quả dự báo lún và độ cố kết chỉ đợc sử dụng nh nói ở điểm II.2.5 Trong quá trình thi công làm thử (IV.8.4) hoặc thi công thực tế, phải thông qua kết quả quan trắc lún thực tế để đánh giá, điều chỉnh các giải pháp và các bớc xử lý nh nói ở II.2.5 và IV.8.3.
Xác định trị số áp lực tiền cố kết pz và các chỉ số nén lún của đất yếu
1 Thực hiện thí nghiệm xác định tính nén lún không nở hông của các mẫu đất yếu nguyên dạng lấy ở độ sâu z theo đúng TCVN 4200-86, bao gồm cả việc thí nghiệm dỡ tải sau cấp tải cuối cùng nh nói ở điều 4.9 của TCVN nói trên Không đợc dùng phơng pháp nén nhanh.
2 Dựa vào kết quả thí nghiệm vẽ đờng cong nén lún e lg p (hình 1) trong đó e là hệ số rỗng tơng ứng với các cấp áp lực p Cũng có thể vẽ đờng cong nén lún này dới dạng lg e lg p
3 Xác định trị số áp lực tiền cố kết p : a) Trên đờng cong e lg p xác định điểm A ở chỗ tại đó có độ cong lớn nhất (bán kính cong nhỏ nhất) Từ A kẻ đờng nằm ngang và đờng tiếp tuyến với đờng cong nén lún Kẻ đờng phân giác của góc tạo bởi đờng nằm ngang và đờng tiếp tuyến qua A nói trên Giao điểm của đờng phân giác này với đờng tiếp tuyến kẻ từ cuối đờng cong nén lún (đoạn tiếp tuyến kéo dài) sẽ xác định điểm tơng ứng với áp lực tiền cố kết P (xem hình 1). b) Trên đờng cong lg e lg p nếu hình thành một điểm gẫy (giao điểm của hai nhánh thẳng có độ dốc khác nhau) thì đó chính là điểm tơng ứng với trị số áp lực tiền cố kết (xem hình 2). c) Chọn trị số nào lớn hơn trong hai cách xác định nói trên làm trị số sử dụng.
4 Xác định các trị số nén lún
Trị số áp lực tiền cố kết chia đường cong nén lún e - log p thành hai phần, với đoạn bên trái tương ứng với < p và đoạn bên phải tương ứng với > p Điều này cho phép xác định các chỉ số nén lún quan trọng, đặc biệt là chỉ số nén lún C r ở đoạn < p.
Trong đó, hệ số rỗng e_p tương ứng với áp lực tiền cố kết σ_p, và hệ số rỗng e_1 tương ứng với áp lực nén σ_1 Việc lựa chọn giá trị σ_1 phụ thuộc vào điều kiện chịu tải thực tế của lớp đất i cần tính lún, thường có thể lấy giá trị phù hợp theo đặc điểm địa chất.
Cấp áp lực thí nghiệm đầu tiên theo TCVN 4200-86 đối với đất yếu là 0,1 kG/cm², tương ứng với giá trị Cr có thể tính theo nhánh dỡ tải trong hình 1 Chỉ số nén lún Cc được xác định ở đoạn có áp lực lớn hơn áp lực giới hạn p.
C c ep và p thể hiện ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán, trong khi e2 là hệ số tương ứng với áp lực 2 Việc lựa chọn giá trị 2 phụ thuộc vào thực tế chịu tải của lớp đất i cần tính lún, và nên được chọn sao cho giá trị i vz + i z trong công thức (VI.1) nằm trong khoảng giữa p và 2.
Khi thực hiện thí nghiệm nén, nếu chọn cấp áp lực lớn nhất theo quy định tại điều 1.7 của TCVN 4200-86, thì có thể xác định giá trị 2 bằng trị số của cấp áp lực lớn nhất đó.
5 Từ kết quả thí nghiệm xác định áp lực tiền cố kết ở các lớp đất i khác nhau có thể vẽ biểu đồ p z (độ sâu) nh ở hình 3 Trên đó có thể vẽ đờng v.z z (áp lực do trọng lợng bản thân các lớp đất yếu) đờng z z (áp lực do tải trọng đắp) và đờng
Để kiểm tra điều kiện (IV.5a) và (IV.5b) như trình bày trong hình 3, cần đảm bảo rằng phương trình v.z + o = f(z) được thỏa mãn Nếu các điều kiện này không được đáp ứng, việc áp dụng các giải pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng, chẳng hạn như giếng cát hoặc bấc thấm, sẽ không nên thực hiện.
Ký hiệu lỗ khoan Độ sâu lấy mẫu : (m)
Số hiệu mẫu : No Số thí nghiệm : á p lực tiền cố kết : p = 0,620 (kG/cm 2 )
Hệ số rỗng ban đầu : e o = 1.188
Phô lôc I - H×nh 1 á p lực tiền cố kết : p = 0,68 (kG/cm 2 )
Hệ số rỗng ban đầu : e o = 1.188
Phụ lục I Hình 2 - Xác định áp lực tiền cố kết trên đồ thị loge - log p
(số liệu thí nghiệm nh với hình 1)
ứng suất do trọng lợng bản thân ứng suất do tải trọng đắp
- ứng suất quá khứ tối đa
(áp lực tiền cố kết)
Phụ lục I Hình 3 - Kiểm tra điều kiện (IV.5a)