Thuyết minh tính toán xử lý nền đất yếu

1. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 2 1.1 Độ lún và Độ cố kết 2 1.2 Độ ổn định chống trượt 2 1.3 Tải trọng giao thông. 2 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 5 2.1 Lý thuyết và Phương pháp Tính toán thoát nước đứng 5 2.2 Lý thuyết và phương pháp tính toán Cọc cát đầm 9 2.3 Chiều dày lớp đệm cát thoát nước 12 2.4 Phần mềm 12 3. CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN CỦA ĐẤT 13 3.1 Khối lượng thể tích đơn vị 13 3.2 Cường độ kháng cắt không thoát nước ban đầu 13 3.3 Hệ số tăng Cường độ kháng cắt không thoát nước 17 3.5 Tóm tắt giá trị đất tính toán cho Thiết kế xử lý nền đất yếu 23 4. PHÂN TÍCH XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 25 4.1 Thời gian cho công tác xử lý nền đất yếu 25 4.2 Sự cần thiết của biện pháp xử lý nền đất yếu 25 4.3 Các biện pháp có thể áp dụng xử lý nền đất yếu. 25 4.4 Phân đoạn 31 4.5 Kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu 32

Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng Môc lôc 1. TIÊU CHU N THI T K Ẩ Ế Ế 2 1.1 lún v c k t Độ à Độ ố ế 2 1.2 n nh ch ng tr t Độ ổ đị ố ượ 2 1.3 T i tr ng giao thông.ả ọ 3 Giá tr t i tr ng q = 1.57T/m2 c ng c xem nh t i tr ng gây lún v c ị ả ọ ũ đượ ư ả ọ à đượ a v o tính toán.đư à 4 Theo 22TCN262-2000, t i tr ng giao thông nh xác nh trên ây ch a v o ả ọ ư đị đ ỉ đư à tính toán n nh tr t. Tuy nhiên, theo yêu c u c a Ch u t , trong thi t ổ đị ượ ầ ủ ủ đầ ư ế k i u ch nh, ngo i n nh tr t, trong tính toán lún v n nh lún c ng s ế đ ề ỉ à ổ đị ượ à ổ đị ũ ẽ xem xét n t i giao thông. Tuy nhiên, ch nh ng o n t i tr ng giao thông có đế ả ỉ ữ đ ạ ả ọ nh h ng th c s n n nh lún ( c ánh giá qua i u ki n d i ây) ả ưở ự ự đế ổ đị đượ đ đ ề ệ ướ đ m i xem xét trong khi thi công (gia t i thêm 1 l p t ng ng t i trong giao ớ ả ớ ươ đươ ả thông) 4 4 Trong ó:đ 4 : lún c k t khi có t i tr ng giao thông;Độ ố ế ả ọ 4 : lún c k t khi không có t i tr ng giao thông;Độ ố ế ả ọ 4 : lún d khi có t i tr ng giao thông;Độ ư ả ọ 4 : lún d yêu c u.Độ ư ầ 4 i v i các o n thay i t NT(không x lý) c a thi t k c không xét t i t iĐố ớ đ ạ đổ ừ ử ủ ế ế ũ ớ ả tr ng giao thông sang Gia t i tr c (Gia t i tr c) khi xét t i t i tr ng giao ọ ả ướ ả ướ ớ ả ọ thông s xem xét không thay i (v n gi nguyên NT) n u th a mãn các yêu ẽ đổ ẫ ữ ế ỏ c u tính toán theo 22TCN211-06. Nh ng tr ng h p n y s b sung thêm k t ầ ữ ườ ợ à ẽ ổ ế qu tính toán kh ng nh.ả để ẳ đị 4 2. PH NG PH P T NH TO NƯƠ Á Í Á 5 2.1 Lý thuy t v Ph ng pháp Tính toán thoát n c ngế à ươ ướ đứ 5 2.2 Lý thuy t v ph ng pháp tính toán C c cát m ế à ươ ọ đầ 9 2.3 Chi u d y l p m cát thoát n c:ề à ớ đệ ướ 12 2.4 Ph n m m ầ ề 13 3.1 Kh i l ng th tích n vố ượ ể đơ ị 14 3.2 C ng kháng c t không thoát n c ban u ườ độ ắ ướ đầ 14 3.3 H s t ng C ng kháng c t không thoát n c ệ ố ă ườ độ ắ ướ 18 3.5 Tóm t t giá tr t tính toán cho Thi t k x lý n n t y u ắ ị đấ ế ế ử ề đấ ế 24 4. PHÂN TÍCH XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 26 4.1 Th i gian cho công tác x lý n n t y u ờ ử ề đấ ế 26 4.2 S c n thi t c a bi n pháp x lý n n t y u ự ầ ế ủ ệ ử ề đấ ế 26 4.3 Các bi n pháp có th áp d ng x lý n n t y u.ệ ể ụ ử ề đấ ế 26 4.4 Phân o nđ ạ 33 4.5 K t qu thi t k x lý n n t y uế ả ế ế ử ề đấ ế 34 1 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng Báo cáo tính toán xử lý nền đất yếu Gói thầu EX-4 (Km 33+000 đến Km 48+000) 1. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ Các tiêu chuẩn thiết kế sau đây được đề xuất áp dụng để thiết kế xử lý nền đất yếu: - Quy trình Khảo sát và Thiết kế nền đường đắp trên đất yếu 22TCN262-2000, - Đường cao tốc – Yêu cầu Thiết kế TCVN5729-1997. Căn cứ các tiêu chuẩn trên, sau đây là các yêu cầu thiết kế xử lý nền đất yếu: 1.1 Độ lún và Độ cố kết Nền đất yếu sẽ được xử lý để đảm bảo điều kiện như mô tả dưới đây: a) Tuyến chính - Độ lún dư (Sr) nhỏ hơn: 10cm đối với các đoạn đường dẫn đầu cầu, 20cm đối với các đoạn còn lại, kể cả các đoạn có cống, cống chui. - Độ cố kết không ít hơn 90% hoặc tốc độ lún dư nhỏ hơn 2cm/năm. b) Đường ngang (Cầu vượt) Nền đất yếu được xử lý đảm bảo yêu cầu tương ứng với tiêu chuẩn thiết kế đường ngang, cụ thể: - Đối với đường có vận tốc thiết kế V=80Km/h, độ lún dư yêu cầu Sr<10cm đoạn đường đầu cầu, Sr<20cm đối với các đoạn còn lại. - Đối với đường có vận tốc thiết kế V=60Km/h, các yêu cầu tương ứng là 20cm và 30cm. - Không xử lý với đường có vận tốc thiết kế V=40Km/h trở xuống. c) Đường gom - Theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000 và tiêu chuẩn thiết kế đường gom, thì xử lý đất yếu sẽ không thực hiện với đường gom. Tuy nhiên, để phục vụ thi công tại các vị trí cống thoát nước, tùy điều kiện địa chất, có thể xem xét các giải pháp như thay một phần đất yếu bằng cát, đóng cọc tre,…Nội dung thiết kế này được thể hiện trong hồ sơ/bản vẽ thoát nước cho từng cống cụ thể. 1.2 Độ ổn định chống trượt Các điều kiện sau đây phải được xác nhận đối với độ ổn định chống trượt: - Hệ số an toàn không nhỏ hơn 1,2 trong giai đoạn đắp và chờ cố kết, và - Hệ số an toàn không nhỏ hơn 1,4 khi ở cuối giai đoạn chờ cố kết cuối cùng. 2 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng 1.3 Tải trọng giao thông. Tải trọng giao thông được xác định theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000 từ các phương trình sau đây: lB Gn q × × = (1-1) ( ) ednbnB +×−+×= 1 (1-2) Trong đó (xem Hình 1-1) n: Số lượng xe, G: Trọng lượng xe (=30 tấn trong trường hợp H30), B: Bề rộng của tải trọng giao thông (Tối đa là 14,3m theo thiết kế, 1 bên), l: khoảng cách giữa bánh xe trước và bánh xe sau (=6,6m, trong trường hợp H30), b = 1,8 m, e = 0,5m, d = 1,3m. Kết quả: B=11,6m, n=4, and q=1,57 t/m 2 và sẽ được phân bổ trên các làn xe chạy như sơ họa tính toán ở Hình 1-2. l e /2 b b d e /2 B Hình 1-1 Sơ đồ tính toán tải trọng giao thông 1m Theo thiết kế 1.5m 1m q=1.57 t/m 2 q=1.57 t/m 2 1.5m 3 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng Hình 1-2 Giá trị tải trọng và phân bổ Giá trị tải trọng q = 1.57T/m 2 cũng được xem như tải trọng gây lún và được đưa vào tính toán. Theo 22TCN262-2000, tải trọng giao thông như xác định trên đây chỉ đưa vào tính toán ổn định trượt. Tuy nhiên, theo yêu cầu của Chủ đầu tư, trong thiết kế điều chỉnh, ngoài ổn định trượt, trong tính toán lún và ổn định lún cũng sẽ xem xét đến tải giao thông. Tuy nhiên, chỉ những đoạn tải trọng giao thông có ảnh hưởng thực sự đến ổn định lún (được đánh giá qua điều kiện dưới đây) mới xem xét trong khi thi công (gia tải thêm 1 lớp tương đương tải trong giao thông). ( ) [ ] [ ] SrSrSS q c q c >+− Trong đó: q c S : Độ lún cố kết khi có tải trọng giao thông; c S : Độ lún cố kết khi không có tải trọng giao thông; q Sr : Độ lún dư khi có tải trọng giao thông; [ ] Sr : Độ lún dư yêu cầu. Đối với các đoạn thay đổi từ NT(không xử lý) của thiết kế cũ không xét tới tải trọng giao thông sang Gia tải trước (Gia tải trước) khi xét tới tải trọng giao thông sẽ xem xét không thay đổi (vẫn giữ nguyên NT) nếu thỏa mãn các yêu cầu tính toán theo 22TCN211-06. Những trường hợp này sẽ bổ sung thêm kết quả tính toán để khẳng định. 4 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 2.1 Lý thuyết và Phương pháp Tính toán thoát nước đứng a) Độ lún Do sự thay đổi ứng suất gây ra bởi tải trọng của nền đường và độ sâu phân bố của đất, một lớp đất sẽ được phân chia thành các lớp nhỏ để tính toán độ lún và độ lún của lớp đất sẽ là tổng độ lún của các lớp nhỏ. Có thể tính toán độ lún cố kết bằng cách sử dụng công thức gốc theo mô tả dưới đây (sau đây gọi tắt là phương pháp ∆ e): H e ee S o c 0 1 1+ − = (2-1) Hoặc bằng các công thức điều chỉnh sau đây (sau đây gọi tắt là phương pháp Pc/Cc): 0 0 0 log 1 P PP H e C S c c ∆+ + = Đối với đất cố kết bình thường (2-2) o o o s c P PP H e C S ∆+ + = log 1 Đối với đất quá cố kết và P c >P 0 + ∆ P (2-3) c cc o s c P PP H e C P P H e C S ∆+ + + + = 0 00 log 1 log 1 Đối với đất quá cố kết và P c <P 0 + ∆ P (2-4) Về lớp đất cát, có thể sử dụng công thức sau đây để tính độ lún tức thời (phương pháp De Beer) o o i P PP H N P S ∆+ = 0 log4.0 (2-5) Trong đó: Sc: Độ lún cố kết, Si: Độ lún tức thời của lớp đất cát, e o : Hệ số rỗng tại áp lực P 0 (Hệ số rỗng ban đầu), e 1 : Hệ số rỗng ở áp lực P 0 + ∆ P, P 0 : Áp lực địa tầng, ∆ P: Áp lực do nền đường gây ra, Cc: Chỉ số nén, Cs: Chỉ số nở, 5 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng Pc: Áp lực tiền cố kết, H: Độ dày của lớp đất. N: Giá trị Thí nghiệm Xuyên Tiêu chuẩn b) Cố kết Trường hợp không có đường thấm đứng, hệ số thời gian (T v ) sẽ được tính toán theo công thức (2-6) như sau: 2 H Cvt T v × = (2-6) Sau đó độ cố kết sẽ được tính theo mối quan hệ Terzaghi U v – T v như sau: 2 1004       ×= U T v π nếu 0<U<53% (2-7) ( ) UT v −×−= 100log933.0781.1 nếu U>53% (2-8) Trong đó: t: Thời gian lún, H: Chiều dài đường thấm, Tv: Hệ số thời gian, Uv: Độ cố kết, Cv: Hệ số cố kết. Trong trường hợp có đường thấm đứng như là Bấc thấm, Giếng cát, v.v được bố trí để xử lý nền đất yếu, độ cố kết sẽ được xác định bằng biểu thức Carrillo: ( ) ( ) hv UUU −−−= 1*11 (2-9) Trong đó: U: Độ cố kết, U v : Thành phần cố kết thẳng đứng được tính như đề cập trên, U h : Thành phần cố kết ngang được tính bằng kiến nghị Hansbo như sau:       ×− −= F T U h h 8 exp1 (2-10) 2 . e h h d tC T = (2-11) 6 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng rs FFnFF ++= )( (2-12) 2 2 2 2 4 13 ln 1 )( n n n n n nF − − − = (2-13) w e d d n = (2-14)                 −= w s s h s d d k k F ln1 (2-15) ( ) w h r q k zLzF −= 2 π (2-16) Trong đó: T h : Hệ số thời gian, C h : Hệ số cố kết ngang, d e : Khoảng cách thoát nước hiệu quả (=1,13d s cho dạng hình vuông, =1,05d s cho dạng hình tam giác), d s : Khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các đường thấm đứng, d w : Đường kính/đường kính tương đương của đường thấm đứng, k h: Hệ số thấm theo phương ngang, k s: Hệ số thấm trong vùng đất bị xáo trộn, d s : Đường kính mặt cắt ngang của vùng đất bị xáo trộn, L: Chiều dài thoát nước, q w : Khả năng thoát nước của đường thấm đứng c) Sức kháng cắt do cố kết Sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu được xem là tăng lên 1 lượng ∆ C do cố kết được xác định như sau: ( ) mUPPPC c ××∆+−=∆ 0 (2-17) Trong đó: ∆ C: Lượng tăng của sức kháng cắt không thoát nước do cố kết, m: Hệ số tăng của sức kháng cắt không thoát nước. 7 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng d) Kiểm toán trượt Tư vấn kiến nghị sử dụng Phương pháp Bishop như công thức dưới đây để kiểm toán trượt. ( ) [ ] ∑ ∑ ×−+× = α ϕ sin tan 1 w buwbC m Fs a (2-18)       += Fs m a ϕ αα tan tan1cos (2-19) Trong đó (xem hình 2-2): C: Lực dính, ϕ : Góc ma sát trong, b: Bề rộng phân tố, u: Áp lực nước lỗ rộng tác động đáy cung trượt, W: Trọng lượng của phân tố, α : Góc nghiêng tại đáy cung trượt so với phương ngang. α Hình 2-2 Mô hình kiểm toán trượt Trong trường hợp có sử dụng lớp vải địa kỹ thuật gia cường, cường độ kháng trượt được tính như sau: [ ] pulloutbreak TTT ,max= (2-20) Trong đó (xem hình vẽ 2-3), k Tensile T break = 8 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng τ ×= bT pullout ( )       ×××= ϕγτ tan 3 2 '2 hk Tensile: Cường độ chịu kéo đứt của vải (=200KN) k: Hệ số an toàn (=2 với vải được làm bằng polyester theo 22TCN262-2000) k’: Hệ số dự trữ (=0.66 theo 22TCN262-2000) ττ τ τ τ τ φ γ, Hình 2-3 Resistant force mobilized from reinforced geotextile 2.2 Lý thuyết và phương pháp tính toán Cọc cát đầm a) Tổng quan Phương pháp Cọc cát đầm (SCP) sử dụng tải trọng rung để xuyên một ống chống tạo cọc cát đầm vào lớp đất yếu. Phương pháp này sẽ giúp gia tăng khả năng chịu tải, giảm độ lún cố kết, tăng sức kháng theo phương ngang, tạo sự đồng đều cho đất, tăng hiệu quả thoát nước cố kết do việc tăng độ chặt của đất. Phương pháp này được áp dụng cho hầu hết các điều kiện đất gồm cả đất cát, đất sét và đất hữu cơ. b) Thiết kế • Tỷ lệ thay thế Tỷ lệ thay thế được định nghĩa bằng phương trình sau đây và sẽ được tính toán cho dạng hình vuông và dạng tam giác như sau (hình 2-3): 9 Báo cáo điều chỉnh tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-4 Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng Hình 2-3 Sơ đồ bố trí và quan niệm thiết kế Cọc cát đầm (SCP) 2 d As A As Fv == nếu là dạng vuông (2-21) 2 2 3 d As A As Fv == nếu là dạng tam giác (2-22) Trong đó, As: Diện tích mặt cắt ngang của Cọc cát đầm d: Khoảng cách từ Tâm đến Tâm • Sức kháng cắt Nền đất yếu sau khi được xử lý bằng Cọc cát đầm sẽ được xem là nền đất hỗn hợp gồm có Cọc cát đầm và đất yếu bao quanh. Sức kháng cắt của nền đất hỗn hợp τ SC được tính toán như sau: τsc=(1-Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc• σ z )•U+ Fv • ( γ s'•Z+μs• σ z )tan ϕ s• (cosθ)² (2-23) τsc=(1- Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•  z )·U+( γ 'm•Z+  z )•μs •Fv •tan ϕ s •(cosθ)² (2-24) Trong đó, 10