Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 51 3.2.3.3 Phân loại ñất dính Bảng 3.3 :Phân loại ñất dính Loại ñất Tỷ lệ cát (2÷0,005 )mm có trong ñất (% khối lượng) Ch ỉsố dẻo Khả năng sử dụng ñể xây dựng nền ñường Á cát nh ẹ, hạt >50 1÷7 Rất thích hợp Á cát nhẹ >50 1÷7 Thích hợp Á cát bụi 20÷50 1÷7 Ít thích hợp Á cát bụi nặng <20 1÷7 Không thích hợp Á sét nh ẹ >40 7 ÷ 12 Thích h ợp Á sét nhẹ, bụi <40 7÷12 Ít thích hợp Á sét nặng >40 12÷17 Thích hợp Á sét nặng, bụi <40 12÷17 Ít thích hợp Sét nhẹ >40 17÷27 Thích hợp Sét bụi Không quy ñịnh 17÷27 Ít thích hợp Sét béo Không quy ñịnh >27 Không thích hợp ðất cát: dùng làm nền ñường thì nền ñường có cường ñộ cao, ổn ñịnh nước tốt nhưng ñất cát rời rạc không dính nên phải có lớp ñất dính bọc xung quanh. ðất cát thường dùng ñể ñắp nền ñường qua vùng ñất yếu (sét bão hoà nước), thay thế các chỗ nền yếu cục bộ. ðất sét: tính chất ngược với ñất cát, thể tích thay ñổi theo trạng thái khô, ẩm, ổn ñịnh nước kém. Thường ñược sử dụng ñể ñắp nền ñường những nơi cao, thoát nước tốt và phải có biện pháp ñầm nén chặt. ðất bụi: Kém dính, ổn ñịnh nước kém, là loại ñất bất lợi nhất ñối với yêu cầu xây dựng nền ñường. Như vậy ñất cát, á cát là vật liệu xây dựng nền ñường thích hợp nhất, sau ñó là ñất á sét. 3.2.4. ðộ chặt của nền ñường : ðộ chặt của nền ñường ñược quy ñịnh như sau ( Theo TCVN4054-05) Bảng 3.4 : ðộ chặt qui ñịnh của nền ñường ðộ chặt k Loại công trình ðộ sâu tính từ ñáy áo ñường xuống (cm) Vtt ≥ 40 km/h Vtt < 40 km/h Khi áo ñường dày trên 60cm 30 ≥ 0,98 ≥ 0,95 Khi áo ñường dày dưới 60cm 50 ≥ 0,98 ≥ 0,95 Nền ñắp Bên dưới chiều sâu kể trên ðất mới ñắp ≥ 0,95 ≥ 0,90 . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 52 ðất nền tự nhiên (*) cho ñến 80 ≥ 0,85 ≥ 0,85 30 ≥ 0,98 ≥ 095 Nền ñào và nền không ñào không ñắp (ñất nền tự nhiên) (**) 30 - 80 ≥ 0,85 ≥ 0,85 Ghi chú: (*) Trường hợp này là trường hợp nền ñắp thấp (**) Nếu nền tự nhiên không ñạt ñộ chặt yêu cầu thì phải ñào phạm vi không ñạt rồi ñầm nén lại ñể ñạt yêu cầu. 3.3 TÍNH ỔN ðỊNH CỦA NỀN ðƯỜNG TRÊN SƯỜN DỐC 3.3.1. Yêu cầu khi ñắp ñất nền ñường trên sườn dốc : - Nền ñường phải ñặt trên một sườn dốc ổn ñịnh và bản thân sườn dốc ñó vẫn ổn ñịnh sau khi ñã xây dựng nền ñường. - Nền ñắp không bị trượt trên mặt sườn dốc ñó, ngoài ra bản thân ta luy nền ñường ñào hoặc ñắp của nền ñường cũng phải bảo ñảm ổn ñịnh. 3.3.2.Tính toán ổn ñịnh: 3.3.2.1 Trường hợp mặt trượt tương ñối phẳng: Hình 3. 8: Sơ ñồ tính ổn ñịnh của nền ñường trên sườn dốc ( mặt trượt phẳng) Xét một lớp ñất có chiều cao h, dung trọng ñất, lực dính C,góc nội ma sát, sườn có ñộ dốc i s ðể khối ñất không bị trượt trên mặt trượt thì ñộ dốc của mặt trượt là: αγ cos h C fis +≤ (3-2) Trong ñó: F = C + f.Q.cos α : lực giữ W = Q.sinα : lực gây trượt i s : ñộ dốc của sườn. f: hệ số ma sát giữa khối trượt trên và mặt phẳng. γ: dung trọng khối ñất trượt (T/m 3 ) ở trạng thái ẩm lớn nhất. w F Q . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 53 C: lực dính ñơn vị giữa khối trượt va mặt trượt (T/m 2 ) α: góc nghiêng của sườn dốc. h: chiều dày của khối ñất trượt (m) có thể lấy h =h tb hoặc h = h max 3.3.2.2 Trường hợp trượt trên mặt gãy khúc: Hình 3- 9. Sơ ñô tính ổn ñịnh của nền ñường trên sườn dốc ( măt trượt gẫy khúc) - Tại các chỗ thay ñổi dốc của mặt trượt kẻ các ñường thẳng ñứng ñể phân khối trươt thành từng ñoạn trượt . - Trên từng ñoạn trượt i tính trọng lượng Qi . - Lần lượt tính các lực gây trượt Fi, Fi-1, Fi+1 Trong ñó: α i : ñộ dốc i của mặt trượt ñoạn i C i , ϕ i : là lực dính (T/m 2 ) và góc ma sát giữa khối trượt và mặt trượt ñoạn i K : hệ số ổn ñịnh K=1,0÷1,5 Cuối cùng tính ñược lực gây trượt dưới chân dốc F i+1, qua ñó ñánh giá ổn ñịnh của sừơn dốc: Nếu F i+1 ≤ 0 thì sườn dốc ổn ñịnh với hệ số K F i-1 > 0 sườn dốc không ổn ñịnh với hệ số K Ngoài ra có thể ñánh giá mức ñô ổn ñịnh riêng của từng khối: iiiii iiiii i SinQCosF lCitgCosQ K ααα ϕ α .)(. 11 +− + = −− (3-5) α α i α i- 1 Nãön âæåìng L i + 1 L i Q i+1 Q i N Q i-1 F i+1 α ι L i α i- 1 F i Q i F i . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 54 Khäúi âáút Seî træåüt d i Màût træåüt α ι α Q i N i T i ϕ hi i 3.4 TÍNH ỔN ðỊNH MÁI DỐC TA LUY NỀN ðƯỜNG 3.4.1. Bài toán 1 :Một vách ñất thẳng ñứng thường mất ổn ñịnh, khối ñất sẽ trượt theo một mặt trượt nào ñó. Xét ñiều kiện cân bằng cơ học của một mảnh ñất i bất kỳ trên mặt trượt của nó ta co ñiều kiện cân bằng: Hình 3.10: Sơ ñồ xét ñiều kiện cân bằng cơ học của khối ñất trên mặt trượt T i = Q i .sinα i : lực gây trượt i i Cos d CN α .+ : Lực giữ N i = Q i .cosα i i i iii Cos d CtgQQ α ϕαα cos.sin. += ii i Cosh C tgtg αγ ϕα 2 += (3-6) - Với loại cát có lực dính C=0, ñể taluy ổn ñịnh phải có góc dốc bằng góc nghỉ tự nhiên - Với ñất dính ổn ñịnh cơ học của mái dốc còn phụ thuộc chiều cao mái ta luy hi Khi h i → 0 thì α i → 90 0 ; h i → ∞ thì α i → ϕ Như vậy cấu tạo mái ta luy nên có dạng trên dốc dưới thoải Theo giáo sư NN Matslov ñể ñơn giản hoá và thêm hệ số an toàn K ) . ( 1 hi C tg K tg i γ ϕϕ += (3-7) 3.4.2. Phương pháp phân mảnh cổ ñiển : Phương pháp này do W.Fellenuis người Thụy ðiển ñê xuất từ năm 1926 với giả thiết: Khối ñất trên ta luy khi mất ổn ñịnh sẽ trượt theo mặt trượt hình trụ tròn. . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 55 O C B A D R P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 T 3 Q 3 N 3 L 2 H Z X 3 h3 W 3 R P i Ni T i N i t g ϕ i c i l i Hình 3.11:. Sơ ñồ tính ổn ñịnh mái taluy theo W.Fellenuis Xét bài toán phẳng, phân khối ñất ra thành các mảnh như hình vẽ và giả thiết khi trượt cả khối trượt se cùng trượt một lúc do ñó giữa các mảnh không có lực ngang tác dụng lên nhau, trạng thái giới hạn chỉ xảy ra trên một mặt trượt. Mỗi mảnh trượt i se chịu tác dụng của trọng lượng bản thân Pi. Tổng lực giữ và tổng lực gây trượt: Nếu ñất ñồng nhất: ∑ ∑ + + = n i iii n ii R Z WP LCPtg K 1 1 .sin. .cos. α αϕ (3-8) Trong ñó: P i : trọng lượng mảnh thứ i. i, C i : góc ma sát, lực dính của mảnh thứ i. W i : tác dụng lực ñộng ñất co cánh tay ñòn so với tâm O la Z i . W i = (0,1 0,2)P xác ñịnh theo TCVN 22TCN 211-95 R : bán kính cung trượt. L: chiều dài cung trượt. - Khi bình thường chia bề rộng mỗi mảnh i la 1ñến 2 m (chia càng nhỏ càng chính xác) Trên ñây chỉ mới xác ñịnh ñược hệ số ổn ñịnh K ứng với một mảnh trượt nào ñó. Nhưng chưa chắc mặt trượt này ñã là mặt trượt nguy hiểm nhất. ðể tìm trị số Kmin ñối với mái ta luy ñã biết thì giả thiết nhiều mặt trượt khác nhau, tương ứng với mỗi mặt trượt sẽ tìm ñược một hê số K, từ ñó tìm ñược K min . Thường người ta dựa vào ñường quỹ tích tâm trượt nguy hiểm. Theo kinh nghiệm thì tâm trượt nguy hiểm nhất sẽ hầu như nằm trên ñường thẳng DI hoặc ñường AB. . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 56 Hình 3.12 : Sơ ñồ xác ñịnh tâm trượt nguy hiểm kinh nghiệm của nền ñắp Hìn h 3.13 : Sơ ñồ xác ñịnh tâm trượt nguy hiểm kinh nghiệm của nền ñào Thường thì chỉ cần chọn 3÷5 ñiểm tren ñường quĩ tích tâm trượt nguy hiểm rồi biểu diễn chúng trên hình ñể xác ñịnh K min Hình 3.14 : Vẽ ñồ thị hệ số ổn ñịnh K ñể tìm K min Các giá trị α; β; γ; 1/m, 1/n xem các bảng 7.5 và bảng 7.6 giáo trình TKð 1 D 4.5h h 2h Màût træåüt 1 2 3 4 5 K min β α α A B 1 : n 1 /1 AB: ñường quĩ tích tâm trượt kinh nghiệm h h α C D B I 1:m A 4.5h DI Âæåìng qué têch tám træåüt ki nh nghiãûm . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 57 W i E i E i- 1 P i Ti Ni α i 3.4.3. Phương pháp Bishop : Hình 3.15: Sơ ñồ tính ổn ñịnh mái taluy theo Bishop Việc tính toán hệ số ổn ñịnh giống như phương pháp phân mảnh cổ ñiển, chỉ khác ở mỗi mảnh trượt Bishop có xét thêm các lực ñẩy ngang Ei+1 Ei-1 tác dụng từ hai phía của mảnh trượt (không quan tâm ñến vị trí ñiểm ñặt của các lực ngang ñó) (hình 3.15) ðối với toàn bô khối trượt: Hệ số ổn ñịnh K tương ứng với mặt trượt tròn như sau : i i i ii i i K tag K lC p N ϕ ϕ α α sin.cos sin + − = K tgNlCTi iiii 1 ) ( ϕ += ∑ ∑ + + = ⇒ n i iii n iii i i i R Z wP mlC tg P K 1 1 ).sin.( ). cos .( α α ϕ (3-9) ðể tìm trị số K min tính tương tự phương pháp W.Fellenuis 3.5 ỔN ðỊNH NỀN ðƯỜNG TRÊN ðẤT YẾU 3.5.1. ðất yếu: Về chỉ tiêu cơ lý, ñất yếu là các loại ñất có hệ số rỗng ε 0 lớn, ñộ ẩm tự nhiên lớn (thường bảo hoà nước), sức chống cắt τ (c, ϕ) nhỏ, sức chịu tải nhỏ, tải trọng ∑ ∑ + + = n i ii n iiii R Z wT lCtgN K 1 1 ).( ( ϕ . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 58 z L/2 a σz σx b α 1 α 2 α 3 R 1 R 2 R 3 R 4 β=γ.Η kg/cm 2 x giới hạn chịu ñược nhỏ, ñất dễ bị phá hoại làm cho nền ñắp ở trên mất ổn ñịnh (do lún, lún không ñều, do trượt trồi) Các loại ñất yếu như: ñất sét trầm tích ε 0 >1,5 (nếu là sét), ε 0 >1 (nếu là á sét). ðộ ẩm thiên nhiên xấp xỉ W nh : C< 0,1 ÷0.2 Kg/cm 2 , ϕ = 0÷10 0 .Với than bùn còn yếu hơn ε 0 =3÷15, C=0,01÷0,04 Kg/cm 2 , tgϕ = 0,03÷0,07 3.5.2 .Tính toán ổn ñịnh cường ñộ của nền ñắp trên ñất yếu: 3.5.2.1 Phương pháp dựa vào giả thiết ñất là môi trường biến dạng tuyến tính: Theo phương pháp này, nền ñất sẽ ổn ñịnh nếu ứng suất gây ra trong ñất yếu tại mọi ñiểm không ñủ tạo nên biến dạng dẻo tại ñiểm ñó. Nếu giả thiết ñất là là môi trường biến dạng tuyến tính thì các ứng suất σ z , σ x , τ zx gây ra tại một ñiểm M bất kỳ trong ñất yếu dưới tác dụng tải trọng của nền ñắp (có dạng hình thang ) như hình vẽ 3 -16 hoặc quy ñổi ra hình chữ nhật và cộng tác dụng với tải trọng phân bố ñều vô hạn của lớp ñất cứng trên ñất yếu như hình 3.17. Hình 3.16 : Sơ ñồ tính toán ứng suất trong ñất dưới tác dụng của tải trọng nền ñắp . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 59 H B P'= γ. h 1 (T/m) b 8 8 Låïp âáút cæïng trãn âaït yãúu Âáút yãúu z P= γ âàõp . H(T/m) Nãön âàõp y h 1 Hình 3.17 : Sơ ñồ ñổi tải trọng nền ñắp ra tải trọng hình chữ nhật ñể kiểm tra ổn ñịnh Tại M, khi biết σ z , σ x , τ zx ta sẽ tính ñược αασστ ασασσ τσσ σ σ σ α α cos.sin).( sincos. 42)( 2 1 2 21 2 2 2 1 2 21 −= += +−± − = − zx xz xz (3-10) Trong ñ ó : σ 1 , σ 2 : ứ ng su ấ t chính t ạ i ñ i ể m M σ α , τ α : ứ ng su ấ t pháp và ứ ng su ấ t ti ế p trên m ộ t h ướ ng b ấ t k ỳ qua M, h ợ p v ớ i m ặ t ph ẳ ng chính 1 góc α ðể ñấ t y ế u t ạ i M không pháp sinh bi ế n d ạ ng d ẻ o thì: ϕ στ αα tgf Cf = +≤ . (3-11) H ệ s ố ổ n ñị nh t ạ i ñ i ể m M: ),,( . 21 ασσφ τ σ α α = + = Cf K ðể tìm ñượ c h ệ s ố ổ n ñị nh nh ỏ nh ấ t ( K min ) : )(2min 0 fAAK d dK −= ⇒ = α . Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph TS Phan Cao Th 60 6 α=55,5 52,5 z -5 5 1 / 1 , 7 5 3,5 3,0 2,5 1,5 1,1 1,0 0 2 30 R -(a+20);-(a+10);-a a;(a+10),(a+20) y Trong ñó: 21 1 . σσ σ − + = Cf A Nếu K M min ≥ 1 thì tại ñiểm m không phát sinh biến dạng dẻo Sau khi xác ñịnh K min ở mọi ñiểm trong ñất yếu< ta có thể vẽ ñược ñường thẳng K min như hình vẽ 3.18 Hình 3.18:. Các " ðường ñẳng Kmin'' va phạm vi phát sinh biến dạng dẻo R Nếu vùng nào có K min <1,0 thì sẽ phát sinh biến dạng dẻo. Nếu vùng biến dạng dẻo càng rộng và ñến hai mép chân taluy thì ñất yếu bị ñẩy trượt trổi ra hai bên va sẽ mất ổn ñịnh. Nếu vùng biến dạng dẻo R≤ 1/2B (B: là bề rộng ñáy nền ñắp ) (3-12) thì ñất yếu vẫn có thể coi la ổn ñịnh ( không bị trồi, chỉ bị lún nhiều) Trị số ứng suất tiếp lớn nhất τ max của các ñiểm trong ñất yếu nằm trên trục tim ñường của nền ñắp có thể xác ñịnh theo công thức: 22 22 max )( ln . . b z baz a pz + ++ = π τ (3-13) Nếu ñất yếu ϕ rất nhỏ : max min τ C K = τ max =(0,27÷0,33).p (3-14) . . hoặc quy ñổi ra hình chữ nhật và cộng tác dụng với tải trọng phân bố ñều vô hạn của lớp ñất cứng trên ñất yếu như hình 3.17. Hình 3.16 : Sơ ñồ tính toán ứng suất trong. mảnh thứ i. i, C i : góc ma sát, lực dính của mảnh thứ i. W i : tác dụng lực ñộng ñất co cánh tay ñòn so với tâm O la Z i . W i = (0,1 0,2)P xác ñịnh theo TCVN 22TCN 211-95 R : bán kính. giả thiết ñất là là môi trường biến dạng tuyến tính thì các ứng suất σ z , σ x , τ zx gây ra tại một ñiểm M bất kỳ trong ñất yếu dưới tác dụng tải trọng của nền ñắp (có dạng hình thang ) như hình