XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ part 7 ppsx

- 125 - Với các đoạn đá bị phá hoại nghiêm trọng thờng bị lăn, sụt thì phải làm tờng chắn đá máng hứng đá rơi (hình 7-7). Tờng chắn đá và máng hứng đá rơi thòng phối hợp sử dụng, phải căn cứ vào điều kiện địa hình mà bố trí trên mặt cắt ngang. Lng tờng chắn đá rơi phải làm lớp giảm xung kích. d) Làm lớp phòng hộ bằng cọc neo và phun vữa xi măng. Với các mái taluy cao và lớp mặt kết cấu yếu dễ bị sụt trợt thì áp dụng biện pháp này để chống phong hoá lớp mặt. 7.4.Xây dựng nền đờng qua vùng hang động 7.4.1. Quy định chung. - Khi tuyến đờng qua vùng hang động (castơ) thì phải tiến hành điều tra tình hình địa mạo, địa chất, mức độ phát triển của hang động, quy luật hoạt động của nớc ngầm. - Tốt nhất là thiết kế tuyến đi tránh khỏi vùng hang động. Với các hang động nhỏ và vừa thì nên chọn các chỗ hẹp và dễ xử lý để đặt tuyến (nếu không tránh đợc). - Để xử lý hang động castơ và nớc trong hang động thờng phải căn cứ vào tình hình nớc mặt và nớc ngầm ở gần nền đờng, vị trí, độ lớn và tính ổn định của hang động mà áp dụng các biện pháp dẫn dòng, bịt kín gia cố hoặc làm đờng máng cho nớc vợt qua đờng. 7.4.2. Các biện pháp xử lý. - Phải thoát nớc ra ngoài phạm vi nền đờng bằng mọi biện pháp. - Với hang động khô nằm trên taluy nên đào thì có thể đắp đá, cửa hang xây đá bịt kín. Với hang động khô nằm ở đáy nền đờng, nếu cửa hang nhỏ và nông thì có thể đầm chặt, nếu cửa hang rộng và tơng đối sâu thì nên làm cầu vợt. Nếu đỉnh hang động khô tơng đối mỏng hoặc lớp đá bị phong hoá thì nên xử lý bằng cách nổ mìn đắp đá hoặc làm cầu vợt. - Để đề phòng đáy hang động bị sụt và thấm nớc cần gia cố bằng các biện pháp sau: + Nếu hang động sâu và hẹp thì gia cố bằng các bản bê tông cốt thép. + Nếu hang động rông và dễ thi công thì xây tờng đá, cột đá để chống đỡ. Chiều dày an toàn của đỉnh hang động nằm ở dới nền đờng có thể xác định theo công thức: Hình 7-7 Tờng chắn đá và máng hứng đá rơi - 126 - H= [] .B k.M.b Trong đó : H - chiều dày an toàn của đỉnh hang động, (m); b - chiều dài tuyến đờng trên hang động, (m); B - chiều rộng nền đờng, (m); [] - ứng suất uốn cho phép của đá vôi, (Mpa); M mômen uốn (kN.m) tính theo công thức: M= 12 1 .Q.b 2 Với : Q- Tổng tải trọng của đỉnh hang động (gồm trọng lợng bản thân và tải trọng phụ gia) kN/m; k- Hệ số an toàn, với đá vôi lấy k =1,2; + Cự ly an toàn từ hang động đến nên đờng tính theo công thức : L=H.cotg Với : H - Chiều dày của đỉnh hang động - Góc khuyếch tán khi sụp đổ (độ) = k 1 .(45 0 + 2 ) k hệ số an toàn từ 1,10-1,25 (với đờng cao tốc, cấp 1 lấy trị số lớn) - Góc ma sát trong của đá Nếu lớp đá trên hang động có lớp đất phủ thì từ đáy của lớp đất phủ này kẻ một đờng làm một góc 45 0 so với đờng nằm ngang sẽ tìm đợc điểm giao với mặt đất. Chân của taluy nền đờng phải nằm ngoài phạm vi điểm giao đó. - 127 - Chơng 8 Xây dựng nền đờng đắp trên đất yếu 8.1.khái niệm Nền đất yếu là một khái niệm rất rộng, bao gồm từ các loại đất sét mềm có sức chịu tải kém đến các loại lầy than bùn hoặc bùn hữu cơ với mức độ phan huỷ khác nhau. Do nguồn gốc cấu tạo và điều kiện hình thành mà tính chất làm việc của chúng dới tác dụng của tải trọng bên ngoài cũng rất khác nhau. Nếu sức chịu tải của nền đất yếu không đủ hoặc nếu độ lún của nền đờng diễn biến quá chậm thì cần áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt để tăng nhanh thời gian lún của nền đắp trên đất yếu. Có khá nhiều biện pháp xử lý và do đó cũng có khá nhiều phơng pháp xây dựng nền đắp trên đất yếu (hình 8-1). Trong các biện pháp đó, một số là nhằm cải thiện sự ổn định của nền đắp (nh giảm trọng lợng nền đắp,tăng chiều rộng nền đờng, làm thoải mái taluy, làm bệ phản áp, cho nền đắp chôn sâu vào đất yếu), một số biện pháp nhằm tăng cờng (tăng C, ) của đất yếu, một số biện pháp khác nhằm tăng tốc độ cố kết hoặc giăm độ lún tổng cộng (nh làm cọc cát, cột ba lát, cột đất gia cố vôi, nền cọc.v.v). Tuy nhiên nếu phân tích kỹ thì đại bộ phận các biện pháp đều có liên quan cả vấn đề ổn định và lún. Trên thực tế có thể chia thành ba nhóm biện pháp xử lý sau đây: 1) Thay đổi, sửa chữa đồ án thiết kế (nh giảm chiều cao nền đắp hoặc di chuyển vị trí tuyến đến khu vực có chiều dày lớp đất yếu mỏng). Đây là biện pháp tốt nhất, nên cố gắng áp dụng. 2) Các biện pháp liên quan đến việc bố trí thời gian (xây dựng theo giai đoạn), các biện pháp về vật liệu (bệ phản áp, đắp bằng vật liệu nhẹ, đào bỏ một phần đất yếu) hoặc các biện pháp liên quan đến cả hai giải pháp trên (gia tải tạm thời). Các biện pháp này nói chung có thể do các xí nghiệp không chuyên thi công. 3) Các biện pháp xử lý bản thân nền đất yếu (nh cọc cát, cột balát, cột đất gia cố vôi, nền cọc v.v). Nhóm biện pháp này đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dụng và do các xí nghiệp chuyên nghiệp thi công. Nói chung mỗi trờng hợp cụ thể đều có thể có một hoặc nhiều biện pháp xử lý thích hợp, chọn biện pháp nào cần phải phân tích đầy đủ theo các nhân tố sau: - Tính chất và tầm quan trọng của công trình; - Thời gian; - tính chất và chiều dày của lớp đất yếu; - Giá thành xây dựng. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể đối với công trình sau khi thi công, cần phải xác định độ lún tổng cộng và tốc độ lún cho phép. Ví dụ khi đa đờng vào sử dụng yêu cầu độ lún phải nhỏ hơn x cm/năm. - 128 - Thời gian kể từ khi khởi công xây dựng công trình cho đến khi đa công trình vào sử dụng cũng là một trong những nhân tố quan trọng cần phải xét đến khi chọn phơng án xử lý. Nếu khoảng thời gian dãn cách đó mà càng dài thì biện pháp xử lý rẻ nhất sẽ là biện pháp đợc chọn. Cần phải tính toán giá thành xây dựng của từng phơng án xử lý để chọn phơng án có giá thành rẽ nhất. Hình 8-1: Các giải pháp chính để giải quyết vấn đề ổn định và lún của nền đắp trên đất yếu. 8.2.các biện pháp xử lý dới tác dụng của thời gian hoặc tải trọng Đây là các biện pháp thờng đợc sử dụng. Khi áp dụng các biện pháp này phải nhằm đạt đợc hai mục tiêu: - Bảo đảm sự ổn định của nền đắp trong khi xây dựng. - Đạt đợc một tốc độ lún phù hợp với thời gian thi công. Khi áp dụng các biện pháp này thì yêu cầu lớp trên nền đất yếu phải tiếp xúc với một lớp vật liệu thấm nớc tốt. Nếu vật liệu đắp nền đờng là đất dính thì phải làm một lớp đệm cát có chiều dày từ 0.5-1m để tăng nhanh thời gian cố kết. Trình tự tiến hành nh sau : 1/ Tính chính xác chiều cao phòng lún và xác định chiều cao đắp đất; 2/ Kiểm tra ổn định ứng với chiều cao đắp đất có xét đến phòng lún; 3/ Chọn biện pháp xử lý thích đáng để đạt đợc hai mục tiêu nêu trên. 8.2.1. Tính chiều cao phòng lún và xác định chính xác chiều cao đắp đất. Nếu gọi H là hiệu giữa độ cao thiết kế và cao độ của nền đất thiên nhiên thì chiều cao của nền đất đắp H R sẽ là : H R = H +S, với S là độ lún do nền đắp chiều dày H R gây ra. - 129 - 1 2 HH fR S R H - H Hình 8-2: xác định chiều cao phòng lún của nền đắp. Nếu ta vẽ trên cùng một biểu đồ (hình 8-2); - Đờng thẳng biểu thị sự thay đổi của hiệu số (H R - H) theo H R (đờng 1). - Đờng cong biểu thị sự thay đổi của độ lún tính toán S theo H R (đờng 2), thì tại giao điểm của hai đờng này hạ xuống trục hoành ta sẽ tìm đợc giá trị H R =H f là chiều cao phòng lún để cho lúc kết thúc lún cao độ của đỉnh nền đắp bằng cao độ thiết kế. Để vẽ đờng cong 2 phải tính độ lún ứng với 3 hoặc 4 giá trị của H R (xem ví dụ). * Ví dụ áp dụng : Hãy tính chiều cao có xét đến phòng lún của một nền đắp có chiều cao thiết kế là 10m đắp trên một lớp đất sét mềm đồng chất dày 9m tựa trên một lớp cát sỏi thấm nớc và không lún. Để xét đến sự thay đổi của các đặc trng của lớp đất sét theo chiều sâu, lớp đất này đợc chia thành ba lớp nhỏ, mỗi lớp dày 3m với các đặc trng ghi ở hình 8-3. mực nớc ngầm nằm ở mặt đất. Hình 8-3: Tính chiều cao phòng lún của đất đắp để đạt đợc chiều cao thiết kế sau khi lún xong Để xác định chiều cao phòng lún cần tiến hành tính độ lún ứng với các nền đờng có chiều cao đất đắp H = 10; 10,5; 11; 11,5; 12 và 13m rồi vẽ biểu đồ quan hệ giữa độ lún S và chiều cao nền đờng H R . Độ lún của nền đắp trên đất yếu đợc tính toán theo phơng pháp cộng lún từng lớp. Độ lún của mỗi lớp đợc tính toán theo công thức: S i = h i i0 ci e1 C + lg voi ' i voi ' q + Trong đó: ' voi - là ứng suất có hiệu thẳng đứng. Trong trờng hợp này giá trị trung bình của ứng suất có hiệu thẳng đứng của các lớp đợc tính ở các điểm A, B, C (hình 8-3). ' voA = 2 h 1 ( w1 ) = 2 3 (16-10) = 9KPa; - 130 - )( 2 h )(h w2 2 w11 ' voB += = 3(16- 10) + 2 3 (16,5-10)=27,7KPa; )( 2 h )( 2 h )(h w3 3 w2 2 w11 ' voC ++= = 3(16- 10) + 3(16,5- 10) + 2 3 (17 10) = 48KPa. áp lực thẳng đứng q i do tải trọng ngoài gây ra ở trung tâm của lớp đất yếu (các điểm A,B,C) q i = l i . .H R Trong đó: l i Hệ số ảnh hởng đến ứng suất ở giữa mỗi lớp (chiều sâu Z) thờng xác định theo toán đồ Osterberg (hình 8-4) ứng với tỷ số a/Z, b/Z của mỗi lớp (với b là nửa chiều rông đỉnh nền đờng, a là chiều rộng mái taluy, xem hình 8-3). Hệ số l i trong ví dụ này đợc xác định và tóm tắt trong bảng 8-1. Bảng 8-1 Hệ số ảnh hởng đến ứng suất của các lớp đất Z(m) a/z b/z l/2 l i 1,50 12 5,1 18 = 333,2 5,1 5,3 = 0,50 1,00 4,50 4,0 0,778 0,475 0,95 7,50 2,4 0,4476 0,440 0,88 Độ lún ứng với chiều cao nền đờng H R = 10m đợc tính và tóm tắt trong bảng 8- 2: q i = l i . .H R = l i .20.10 = 200 l i Bảng 8-2. Độ lún ứng với H R =10m h i (m) oi ci eP C + 1 i q ' ' voi i voi q + S i (m) 1,50 196,0 8,11 55,0 = + 200x1=200 22,23 9 2009 = + 3x0,196lg23,22=0,806 4,50 212,0 6,11 55,0 = + 200x0,95=190 86,7 7,27 1907,27 = + 3x0,212lg7,86=0,569 - 131 - 7,50 229,0 4,11 55,0 = + 200x0,88=176 67,4 48 17648 = + 3x0,229lg4,67=0,460 S=1,832m - 132 - Hình 8-4: toán đồ Osterberg. a) Toán đồ để xác định ứng suất nén thẳng đứng do nền đắp gây ra trong đất b) Sơ đồ tải trọng và ví dụ sử dụng toán đồ Osterberg. - 133 - Tơng tự ta tiến hành tính độ lún ứng với các chiều cao đắp H R =10,5; 11; 11,5; 12và 13m rồi tóm tắt kết quả tính toán vào bảng 8-3. Bảng 8-3 Tóm tắt các kết quả tính lún của nền đờng trên đất yếu Độ lún Độ lún ứng với các chiều cao H R khác nhau H R (m) 10 10,5 11 11,5 12 12,5 Lớp S i =h i ' ' lg 1 voi i voi oi ci q e C + ++ Q i =l i .20H R 200l i 210l i 220l i 220l i 240l i 260l i 1 (h 1 =3m) S 1 =3x0,196lg 9 9 i q+ S 1 (m) 0,803 0,815 0,826 0,837 0,848 0,87 0 2 (h 2 =3m) S 2 =3x0,212lg 7,27 7,27 i q+ S 2 (m) 0,569 0,581 0,593 0,607 0,611 0,63 0 3 (h 3 =3m) S 3 =3x0,229lg 48 48 i q+ S 3 (m) 0,460 0,471 0,482 0,493 0,503 0,52 0 Cộng S(m) 1,83 1,87 1,90 1,93 1,96 2,02 Dựa vào kết quả tính toán ở bảng 8-3 ta vẽ đờng cong S = f (H R ) nh ở hình 8-5. Đờng cong này giao nhau với đờng H R -10 tại điểm K mà từ đó hạ đờng thẳng đứng xuống trục hoành ta tìm đợc chiều cao đắp đất có xét tới phòng lún H R vào khoảng 12m. 8.2.2. Xây dựng nền đắp theo giai đoạn. Khi cờng độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đờng ổn định cần áp dụng biện pháp tăng cờng độ của nó bằng cách đắp đất từng lớp một, chờ cho đất nền cố kết, sức chịu cắt tăng lên, có khả năng chịu đợc tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo nh hình 8-60. Trình tự tính toán nh sau : 1. Trớc hết xác định chiều cao cho phép của lớp đất đắp đầu tiên H 1 , lúc bấy giờ sức chống cắt của đất yếu là C u1 (lực dính xác định bằng thí nghiệm không cố kết, không thoát nớc). Có thể bỏ qua phần sức chống cắt do ma sát vì áp lực có hiệu truyền lên hạt đất xem nh không đáng kể. Chiều cao H 1 tính từ công thức Mandel-Salencon: H 1 = F C.N 1uc (8-1) Trong đó : F- hệ số an toàn, lấy bằng 1,5; N c Hệ số tra ở hình 8-7 tuỳ theo tỷ số B/h (với B chiều rộng trung bình của nền đắp, h là chiều dày lớp đất yếu). - 134 - Hình 8-5 xác định chiều cao nền đờng Hình 8-6 Xây dựng nền đắp theo giai đoạn có xét đến độ phòng lún Hình 8-7 Biểu đồ xác định sức chịu tải N c của nền đất yếu (theo Mandel và Salencon) 2. Chờ cho đất cố kết hoàn toàn dới tác dụng của tải trọng H 1 thì đắp tiếp lớp thứ hai, khi đó sức chống cắt của đất yếu tại độ sâu z sẽ tăng thêm (hình 8-8): zz C = tg cu1cu tgH = Trong đó : z - Độ tăng ứng suất có hiệu thẳng đứng trong nền đất yếu ở độ sâu z do tải trọng đất đắp 1 H gây ra. Nếu không chờ cố kết hoàn toàn mà chỉ cố kết U% thì độ tăng sức chống cắt là: cuz UtgHC 1 = [...]... các kết quả tính toán tốc độ lún trong hai trờng hợp trên T= Bảng 8-4 Tính độ lún của nền đắp không gia tải tnăm 0,5 O, 07 30 57 0,0 17 15 39 Tv U% St(cm) Tv U% St(cm) Trờng hợp I Trờng hợp II 1 0,14 43 68 0,035 21 48 2 O,28 60 78 0, 07 30 57 3 0,42 72 84 0,105 35 62 5 0 ,70 85 89 0, 175 47 70 -Tính tốc độ lún khi có đắp thêm 2m gia tải Trờng hợp có đắp thêm 2m gia tải thì: q = (H+2)x20=120KPa 6 + 120 U t... tăng trung bình là: 1 1 CU = H1tgCU= x20x7 ,70 xtg180=25KPa 2 2 Và lực dính Cu khi ấy sẽ thành: Cu2 = Cu1 + Cu = 40+ 25 = 65 KPa Giai đoạn thứ hai cho phép đắp đến chiều cao : 5,8x 65 = 12,60m H2 = 20 x1,5 - 136 - Nh vậy ta có thể xây dựng nền đờng thành hai giai đoạn 3/ Lập kế hoạch xây dựng chính xác : - Giai đoạn đầu: đắp nhanh nền đờng đến chiều cao 7, 7m - Để đạt đợc chiều cao 12m trong lần đắp... H1 = 7, 70m là : Cutb = 62-40 = 22 KPa Và với một độ cố kết U= 2C utb 2 x 22 = = 88% H 1 tg cu 20 x 7, 7 xtg18 0 Thời gian chờ đợi giữa hai giai đoạn là : t= Tv h 2 ; Cv với U=88%; Tv =0,8 ta có: 0,8x 4,5 2 x10 4 = 5,4 x10 7 sec = 1 ,7 năm 3 3x10 Kết luận : Kế hoạch xây dựng chính xác sẽ nh sau (lấy tròn số): - Đắp nền đờng cao 8m (F=1,45); - Đợi 20 tháng; - Đắp 4m còn lại t= 8.3.3 Tăng chiều rộng nền. .. KN/m3; 8-10 KN/m3) - Tro bay, xỉ lò cao ( = 10-14 KN/m3); - Bê tông xenlulo (6- 10 KN/m3); - Pôlystyren nở (1 KN/m3); Các vật liệu này không hoàn toàn thoã mãn đợc các yêu cầu trên Dăm bao, mạt ca khó đầm chặt, chóng mục nát và ô nhiễm nớc nên không thích hợp để xây dựng các nền đắp có chất lợng cao Than bùn cũng chỉ thích hợp với các nền đờng có độ lún cho phép lớn Tro bay, xỉ lò cao thờng nặng hơn... pháp xử lý thích đáng khi xây dựng 2/ Lập kế hoạch gần đúng Từ hình 8-9 ta có: B 25 = = 2 ,78 2h 9 áp lực giới hạn dới nền đắp q1 tính theo công thức : q1 = Cu.Nc.(b/2h) ở đây: B/2h = 2 ,78 Tra biểu đồ hình 8 -7 ta có Nc = 5,8 Lấy hệ số an toàn F =1,5, tính chiều cao cho phép của lớp đất đầu tiên H1 H1= 5,8C U 5,8 x 40 = =7, 70m F 20 x1,5 Sau khi cố kết hoàn toàn, lực dính không thoát nớc CU tăng trung... nên thờng sử dụng để đắp phần nền đờng ở trên mực nớc ngầm Bê tông xenlulo và Pôlystyren nở là những vật liệu đắt tiền Pôlystyren nở là loại vật liệu nhẹ có triển vọng nhất vì trọng lợng thể tích nhỏ, đã Hình 8-13: Mặt cắt nền đờng đợc sử dụng làm nền đờng lần đầu tiên ở đắp bằng polystyrene nở - 142 - Mỹ vào năm 1962 và từ năm 1 972 đã đợc dùng nhiều ở Nauy,Canađa,Thuỵ Sĩ Pôlystyren nở đợc dùng dới dạng... 40-50% chiều cao nền đờng H Chiều rộng bằng 2-3 chiều dày lớp đất yếu D Bệ phản áp thờng đợc đắp cùng một lúc với việc xây dựng nền đắp chính Nếu không cho máy thi công đi lại trên đó thì không cần đầm lèn Nếu có dùng cho máy đi lại thì phần dới của bệ phản áp phải đắp bằng vật liệu thấm nớc Khi có một nền đắp bị trợt trồi thì đắp bệ phản áp có khả năng tăng độ ổn định chống trợt làm cho nền đắp trở lại... trong nền đắp, bên ngoài bọc bằng các lớp vật liệu chống hydrocarbure (hình 8-13) Cũng có thể giảm nhẹ nền đắp trên đất yếu bằng cách sử dụng các ống kim loại hoặc chất dẻo trong thân nền đờng để giảm tải trọng tác dụng lên lớp đất yếu dới nền đắp Các ống này cốnc tác dụng thoát nớc qua nền đờng ở các vùng ngập lụt Hình 8-14 giới thiệu một ví dụ về nền đắp nhẹ làm bằng các ống kim loại đợc xây dựng. .. thể tích nhỏ thì có thể loại trừ đợc các yếu tố bất lợi ảnh hởng đến sự ổn định của nền đắp cũng nh giảm độ lún Các yêu cầu đói với vật liệu nhẹ dùng đắp nền đờng nh sau: - Dung trọng nhỏ; - Có cờng độ cơ học nhất định; - Không ăn mòn bê tông và thép; - Có khả năng chịu nén tốt nhng độ nén lún nhỏ; - Không gây ô nhiễm môi trờng; ở nớc ngoài ngời ta dùng các vật liệu sau: - Dăm bào, mạt ca ( =8-10 KN/m3);... giới hạn đợc xác định theo công thức: qgh = CB 40 x 43 = = 191,11kPa h 9 - áp lực lớn nhất của nền đất đắp tác dụng trên nền đất yếu (trong trờng hợp này là chiều cao của tam giác cân có diện tích và đáy bằng diện tích và đáy của nền đờng) 2 W (7 + 43).12 = = 13,95m B 43 Vậy qgh = Hmax = 20x 13,95= 279 KPa Hmax = - Hệ số an toàn : F= q gh q = 191,1 = 0,685 < [F] = 1,50 279 Nh vậy lớp đất yếu có khả . 212,0 6,11 55,0 = + 200x0,95=190 86 ,7 7, 27 19 07, 27 = + 3x0,212lg7,86=0,569 - 131 - 7, 50 229,0 4,11 55,0 = + 200x0,88= 176 67, 4 48 176 48 = + 3x0,229lg4, 67= 0,460 S=1,832m - 132 - . 0,815 0,826 0,8 37 0,848 0, 87 0 2 (h 2 =3m) S 2 =3x0,212lg 7, 27 7, 27 i q+ S 2 (m) 0,569 0,581 0,593 0,6 07 0,611 0,63 0 3 (h 3 =3m) S 3 =3x0,229lg 48 48 i q+ S 3 (m) 0,460 0, 471 0,482 0,493. các bản bê tông cốt thép. + Nếu hang động rông và dễ thi công thì xây tờng đá, cột đá để chống đỡ. Chiều dày an toàn của đỉnh hang động nằm ở dới nền đờng có thể xác định theo công thức: