Đánh giá điều kiện địa chất công trình tuyến đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình đến đê sông Hồng đoạn Km 21+000 đến Km 21+900. Thiết kế xử lý nền đoạn đường trên bằng cọc cát

Hà Nam cách thủ đô Hà Nội hơn 50km về phía Nam có phần lớn diện tích nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ

MỞ ĐẦU

Dự án tuyến đường ĐT 499, đoạn từ cao tốc Cầu Giẽ- Ninh Bình đến đêSông Hồng thuộc tỉnh Hà Nam được triển khai với mục đích khai thác diện tích haibên đường để xây dựng các khu công nghiệp đô thị mới Trong tương lai nó cũng sẽ

là tuyến đường nối hai tỉnh Hà Nam và Thái Bình bằng cầu vượt sông Hồng Tuyếnđường sau khi xây dựng hứa hẹn nhiều tiềm năng cho sự phát triển kinh tế của HàNam

Để làm quen với thực tế, rèn luyện kĩ năng chuyên môn, từ ngày 04/01/2010đến 06/02/2010, tôi đã được Bộ môn địa chất công trình, trường đại học Mỏ - ĐịaChất phân công về thực tập tại Công ty Cổ phần tư vấn thiết kế giao thông vận tải 4thuộc Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI) Trong thời gian thựctập tại công ty, tôi đã nắm vững được một số thí nghiệm đất đá trong phòng và một

số thí nghiệm ngoài trời khác, làm quen với công việc chỉnh lý, viết báo cáo khảosát địa chất công trình Sau khi kết thúc đợt thực tập tốt nghiệp, trên cơ sở tài liệuthu thập được, tôi được Bộ môn Địa chất công trình giao viết đồ án tốt nghiệp với

đề tài:

“ Đánh giá điều kiện địa chất công trình tuyến đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình đến đê sông Hồng đoạn Km 21+000 đến Km 21+900 Thiết kế xử lý nền đoạn đường trên bằng cọc cát “.

Sau hơn 3 tháng làm việc khẩn trương và nghiêm túc, dưới sự hướng dẫn củaPGS TS Đỗ Minh Toàn, đến nay đồ án của tôi đã hoàn thành đúng thời gian đúngquy định Nội dung đồ án gồm:

Mở đầu

Phần I : Đánh giá điều kiện địa chất tuyến đường

Chương 1: Điều kiện địa lý tự nhiên, dân cư, kinh tế, giao thông tỉnh Hà NamChương 2: Sơ lược về địa tầng và địa chất thuỷ văn tỉnh Hà Nam

Chương 3: Đánh giá điều kiện địa chất tuyến đường từ cao tốc Cầu Giẽ –

Ninh Bình đến đê sông Hồng đoạn từ Km 21+000 đến Km 21+900

Chương 4: Dự báo các vấn đề địa chất công trình

Phần 2 : Thiết Kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến từ Km 21+000 – Km21+900

bằng phương pháp cọc cát

Chương 1 : Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát Chương 2 : Thiết kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến từ Km 21+000 – Km21+900 bằng phương pháp cọc cát

Chương 3 : Công tác quan trắc địa chất cong trình

Chương 4 : Tính toán khối lượng và dự trữ kinh phí

án được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng 06 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hồng Nhung

PHẦN 1 ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT

TUYẾN ĐƯỜNG

CHƯƠNG I ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, DÂN CƯ, KINH TẾ, GIAO

THÔNG TỈNH HÀ NAM1.1 Điều kiện địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Hà Nam cách thủ đô Hà Nội hơn 50km về phía Nam có phần lớn diện tích

nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, có phương chạy dài theo hướng Tây Bắc Đông Nam dọc theo thung lũng sông Hồng, sông Đáy và dãy núi đá vôi Hoà Bình _Ninh Bình, nằm trong giới hạn toạ độ địa lý:

20o25’45” - 20o40’25’’ vĩ Bắc

105o40’50’’ - 106o10’05’’ kinh Đông

Có ranh giới giáp với các tỉnh:

Tỉnh Hoà Bình ở phía Tây

Thành phố Hà Nội ở phía Bắc

Tỉnh Hưng Yên, Thái Bình ở phía Đông

Tỉnh Nam Định, Ninh Bình ở phía Nam

Tuyến đường ĐT 499, đoạn từ đường cao tốc Cầu Giẽ Ninh Bình đến đê sôngHồng dài 19.25 km, thuộc địa bàn các huyện Thanh Liêm, Bình Lục và Lý Nhântỉnh Hà Nam

1.1.2 Địều kiện tự nhiên

1.1.2.1 Địa hình

Hà Nam có diện tích 859.6 km2, là một tỉnh đồng bằng giáp núi nên địa hình

có sự tương phản giữa địa hình đồng bằng và đồi núi Mật độ và độ sâu chia cắt địahình không đáng kể Địa hình có hướng dốc theo phương Tây Bắc - Đông Nam theothung lũng sông Hồng, sông Đáy và dãy núi đá vôi Hoà Bình – Ninh Bình

Địa hình Hà Nam có thể chia làm 2 dạng khác nhau:

Chiếm khoảng 10 – 15% diện tích của tỉnh, nằm về phía tây là vùng đồi núibán sơn địa với các dãy núi đá vôi, núi đất và đồi rừng, nhiều nơi có địa hình dốc

Vùng núi đá vôi ở đây là bộ phận của dãy núi đá vôi Hoà Bình – Ninh Bình, có mật

độ chia cắt lớn tạo nên nhiều hang động có thạch nhũ hình dáng kỳ thú

Phía Đông là vùng đồng bằng do phù sa bồi tụ từ các dòng sông lớn, chiếmhầu hết diện tích lãnh thổ tỉnh Hà Nam Phần lớn đất đai ở đây bị chia cắt bởi hệthống sông ngòi khá dày đặc Vì vậy, ở đây có diện tích mặt nước ao, hồ, đầm lầy,ruộng trũng và sông ngòi khá lớn

1.1.2.2 Các yếu tố khí tượng và khí hậu:

Hà Nam có điều kiện thời tiết, khí hậu mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đớigió mùa, ẩm

Nhiệt độ trung bình hàng năm vào khoảng 23-240C, số giờ nắng trung bìnhkhoảng 1300 – 1500 giờ/năm Trong năm thường có 8 – 9 tháng có nhiệt độ trungbình trên 200 (trong đó có khoảng 5 tháng có nhiệt độ trung bình dưới 200C) và chỉ

có 3 tháng nhiệt độ trung bình dưới 200C, nhưng không có tháng nào nhiệt độ dưới

160C

Lượng mưa trung bình khoảng 1900 mm, năm có lượng mưa cao nhất tới

3179 mm (năm 1994), năm có lượng mưa thấp nhất là 1265.3 mm (năm 1998)

Độ ẩm trung bình hàng năm là 85%, không có tháng nào có độ ẩm trung bìnhdưới 77% Tháng có độ ẩm trung bình cao nhất trong năm là tháng 3 (95.5%), tháng

có độ ẩm trung bình thấp nhất trong năm là tháng 11 (82.5%)

Khí hậu có sự phân hoá theo chế độ nhiệt với hai mùa tương phản nhau làmùa hè nóng ẩm và mùa đông khô lạnh cùng với hai thời kỳ chuyển tiếp tương đối

là mà xuân và mùa thu Mùa hạ thường kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9, mùa đôngthường kéo dài từ giữa tháng 11 đến giữa tháng 3 năm sau

Về mùa hè có gió nam, gió Tây Bắc- Đông Nam Về mùa đông có gió mùalạnh với tính chất khô, lạnh đặc trưng với hướng chính là Đông Bắc – Tây Nam

1.1.2.3 Mạng sông suối

Chạy qua lãnh thổ Hà Nam là các sông lớn như sông Hồng, sông Đáy sôngChâu Giang và các sông do con người đào đắp như sông Nhuệ, sông Sắt tạo nên

mạng lưới sông suối khá dày đặc, đạt gần 2 km/km2 Các con sông đều có hướngchảy theo phương Tây Bắc - Đông Nam.

* Sông Hồng: là con sông lớn nhất miền Bắc bắt nguồn từ Vân Nam TrungQuốc với tổng chiều dài là 1083 km nhưng chỉ có 475 km chảy qua địa phận ViệtNam Trên lãnh thổ tỉnh Hà Nam, sông có chiều dài 38,6 km, có lượng phù sa khámàu mỡ Sông Hồng ở đây bị ảnh hưởng sâu sắc của thuỷ triều, không chỉ biến đổimực nước mà cả thành phần hoá học của nước sông Sông là ranh giới phía đôngcủa tỉnh với các tỉnh Hưng Yên và Thái Bình Lưu lượng về mùa khô thay đổi từ400m3/s đến 800 m3/s, còn mùa mưa từ 2000 đến 6000 m3/s lớn nhất là 2200 m3/s.Nước sông Hồng quanh năm đục do chứa lượng phù sa lớn Thành phần pha sa chủyếu là cát, sét, thay đổi từ 100 g/cm3 đến 1860g/cm3

* Sông Đáy là sông lớn thứ hai, nằm ở phía Tây của Hà Nam Sông là mộtnhánh của sông Hồng chảy vào lãnh thổ Hà Nam với chiều dài 47,6 km Lòng sôngkhá rộng dòng chảy qua trung tâm thị xã Phủ Lý rộng 100 – 250m với lưu lượng

1054 – 1066 m3/s Chiều sâu lớn nhất vào mùa mưa là 14,8 m, vào mùa khô là 5 – 7

m Lượng phù sa của sông không đáng kể Sông còn là ranh giới giữa Hà Nam vàNinh Bình

* Sông Châu Giang hay còn gọi là sông Nông Giang, thực chất là con sông đào

từ thời kỳ Pháp sau khi lấp sông Lấp Sông Châu Giang bắt nguồn từ các kênhmương máng hợp thành tại thị trấn Đồng Văn Chiều rộng của sông thay đổi từ 50mđến 150m, chiều sâu thay đổi trung bình từ 2m đến 5m tuỳ theo mùa nước cạn haymùa nước lớn Lượng phù sa của sông không đáng kể, nguồn cung cấp nước chủyếu của sông là nước mặt và một phần là nước dưới đất

* Sông Nhuệ: là sông đào dẫn nước sông Hồng từ Thuỵ Phương, Từ Liêm, HàNội và đi vào Hà Nam với chiều dài 14.5 km, sau đó đổ vào sông Đáy ở Phủ Lý

* Sông Sắt: là chi lưu của sông Châu Giang trên lãnh thổ huyện Bình Lục Nhìn chung, hàng năm Hà Nam có lượng mưa trung bình cho khối tài nguyênnước rơi khoảng 1.602 tỷ m3 Dòng chảy mặt từ sông Hồng, sông Đáy, sông Nhuệ

hàng năm đưa vào lãnh thổ khoảng 14.050 tỷ m3 nước Dòng chảy ngầm chuyểnqua lãnh thổ cũng giúp cho Hà Nam luôn luôn được bổ sung nước ngầm từ cácvùng khác Nước ngầm ở Hà Nam tồn tại nhiều tầng và chất lượng tốt, đủ đáp ứngcho nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội.

1.2 Đặc điểm dân cư, kinh tế, giao thông

1.2.1 Đặc điểm dân cư

Theo điều tra dân số 01/04/2009 Hà Nam có 785.057 người, giảm so với năm

1999 (có 811.126 người), chiếm 5,6% dân số đồng bằng sông Hồng Mật độ dân số

là 954 người/km2 Dân cư của tỉnh chủ yếu là dân tộc kinh và còn một số it dân tộc

ít người sống ở huyện Thanh Liêm Cả tỉnh só 91,5% dân số sống ở khu vực nôngthôn và 8,5% sống ở đô thị

1.2.2 Đặc điểm kinh tế:

Theo số liệu thống kê năm 2005, công nghiệp chiếm 39,7%, dịch vụ 31,9%còn nông nghiệp chiếm 28,4% Cơ cấu kinh tế đã có bước phát triển và thay đổiđáng kể so với những năm trước

Về công nghiệp: Chủ chốt là xi măng, vật liệu xây dựng, dệt may, chế biến.Tỉnh đă quy hoạch 5 khu công nghiệp, cùng với các cơ chế, chính sách ưu đãi đầu

tư khá hấp dẫn sẵn sàng mời gọi các nhà đầu tư trong nước và nước ngoài

Về tiểu thủ công nghiệp, làng nghề: tỉnh Hà Nam có trên 40 làng nghề Cónhững làng nghề truyền thống lâu đời như dệt lụa Nha Xá, trống Đọi Tam, nghềmộc Kim Bảng… Có làng đã đạt từ 40 – 45 tỷ đồng giá trị sản xuất, tạo việc làmcho hàng trăm lao động

Về nông nghiệp: Tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất nông nghiệp của tỉnhbình quân đạt 4,1% Trong đó trồng trọt tăng 1,7%, chăn nuôi tăng 6,7%, dịch vụ31%, sản lượng lương thực thực phẩm đạt 420 tấn/năm, sản lượng thuỷ sản đạt11.500 tấn

Về dịch vụ: Hà Nam có vị trí thuận lợi cho phát triển lưu thông hàng hoá vớicác địa phương khác Hà Nam có điều kiện phát triển đa dạng các loại hình du lịch

sinh thái, văn hoá, nghỉ dưỡng, thể thao Hà Nam có nhiều địa điểm tham quan dulịch như: khu vực du lịch đến Trúc thờ vị anh hùng Lý Thường Kiệt, Ngũ Động ThịSơn, chùa Long Đọi Sơn… Hiện nay, tỉnh đang tiến hành xây dựng các nhà nghỉ,khách sạn, sân gôn, quần vợt, công viên nước, và những dịch vụ du lịch khác.

1.2.3 Đặc điểm giao thông:

Nằm trên trục giao thông quan trọng xuyên Bắc – Nam, trên địa bàn tỉnh cóquốc lộ 1A và đường sắt chạy qua với chiều dài gần 50 km và các tuyến đường giaothông quan trọng khác như quốc lộ 21, quốc lộ 21B, quốc lộ 38 Tỉnh có hơn 4000

km đường bộ bao gồm các đường quốc lộ, tỉnh lộ cùng các tuyến giao thông liênhuyện, liên xã, thị trấn đã được rải nhựa hoặc bê tông hoá Ngoài ra, tỉnh còn có hơn200km đường thuỷ có luồng lạch đi lại thuận tiện, với 42 cầu đường đã được xâydựng kiên cố và hàng nghìn km đường giao thông nông thôn tạo thành một mạnglưới giao thông khép kín Tất cả những điều đó tạo điều kiện thuận lợi về đi lại vàvận chuyển hàng hoá cho các phương tiện cơ giới Từ thị xã Phủ Lý có thể đi tớicác tỉnh trong khu vực đồng bằng sông Hồng một cách nhanh chóng và thuận tiện

CHƯƠNG II

SƠ LƯỢC VỀ ĐỊA TẦNG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ

VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN TỈNH HÀ NAM

2.1 Đặc điểm địa chất

Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng trũng Hà Nội, đã được các nhà địa chấtnghiên cứu cho thấy, trầm tích Đệ Tứ phân bố rộng rãi bao gồm các tích tụ thuộccác hệ tầng Lệ Chi, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hải Hưng và Thái Bình

Với các tài liệu thu thập được có thể mô tả địa tầng trầm tích Đệ Tứ trongphạm vi tỉnh Hà Nam theo thứ tự từ già đến trẻ như sau:

2.1.1 Thống Pleitocen

2.1.1.1 Phụ thống hạ, hệ tầng Lệ Chi (Q 1lc )

Hệ tầng Lệ Chi không lộ ra trên bề mặt, phân bố ở độ sâu 100m trở xuống.Thành phần trâm tích là cát hạt trung, hạt thô lẫn sỏi, bột sét màu xám xanh chứacác di tích thực vật Bề dày khoảng 16 – 17m

2.1.1.2 Phụ thống trung – thượng phần dưới, hệ tầng Hà Nội (Q 1 2-3 hn )

Hệ tầng Hà Nội được chia thành hai phụ hệ tầng: Phụ hệ tầng Hà Nội dưới vàphụ hệ tầng Hà Nội trên

* Phụ hệ tầng Hà Nội dưới (aQ12-3hn)

Phụ hệ tầng Hà Nội dưới có nguồn gốc sông, phân bố rộng rãi và liên tụctrong khu vực nghiên cứu Tuy nhiên, các thành tạo đá của phụ hệ tầng này không

lộ ra, chỉ quan sát thấy trong các lỗ khoan sâu 45 đến 100m Thành phần trầm tích

là cát lẫn sạn sỏi, cuội, xen các thấu kính cát sét, bột sét màu trắng xám, xám tro Bềdày trầm tích hơn 39m

* Phụ hệ tầng Hà Nội trên (amQ12-3hn)

Phụ hệ tầng Hà Nội trên có nguồn gốc sông biển Các thành tạo của phụ hệtầng này cũng không lộ ra trên mặt, chỉ quan sát được trong các lố khoan ở độ sâu

41 đến 46m Thành phần trầm tích gồm sét bột lẫn ít cát màu xám nâu, chứa nhiềuvảy muscovit và mùn thực vât, dày 5 đến 6m

2.1.1.3 Phụ thống thượng, phần trên, hệ tầng Vĩnh Phúc (Q 1 3 vp )

Trong khu vực nghiên cứu chỉ gặp phụ hệ tầng Vĩnh Phúc dưới.

Phụ hệ tầng Vĩnh Phúc dưới có nguồn gốc sông- biển Phụ hề tầng này không

lộ ra trên bề mặt mà chỉ thấy trong các lỗ khoan ở độ sâu 22 – 60m, thành phần trầmtích sét bột lẫn cát hạt mịn màu xám nâu, xám xanh Trầm tích này bị trầm tích của

hệ tầng Hải Hưng phủ không chỉnh hợp lên trên

2.1.2 Thống Holoxen (Q 2 ), hệ tầng HảI Hưng (Q 1 1-2 hh1 )

Trầm tích hệ tầng Hải Hưng được chia thành 3 phụ hệ tầng: Phụ hề tầng HảiHưng dưới, phụ hệ tầng Hải Hưng giữa và phụ hệ tầng Hải Hưng trên

* Phụ hệ tầng Hải Hưng dưới (Q21-2hh1) có nguồn gốc sông biển Trong khu vựcnghiên cứu hệ tầng Hải Hưng dưới không lộ ra, thành phần gồm cát thô đến bột sétxen kẽ thực vật, dày từ 9 – 10m

* Phụ hệ tầng Hải Hưng giữa (Q21-2hh2) có nguồn gốc biển - đầm lầy, cũng chỉquan sát được trong các lỗ khoan, dày từ 5- 25m Thành phần thạch học bao gồmcát, bột, sét chiếm chủ yếu Thành phần hữu cơ chiếm 15% - 25%, và thực vật chưaphân huỷ hết có màu đen, đặc trưng cho nguồn gốc biển - đầm lầy Tất cả các di tíchthực vật phát hiện nổi bật đều được xác định là loại sống ở đầm lầy ven biển hiệnnay, chứng tỏ môi trường thành tạo trầm tích là đầm lầy ven biển

* Phụ hệ tầng Hải Hưng trên(mQ21-2hh3) có nguồn gốc biển, phân bố trong diệnhẹp phía Tây của khu vực nghiên cứu với thành phần chủ yếu là sét màu xám xanh,xám đen, rất phong phú di tích động vật biển Thành phần thạch học gồm sét là chủyếu, độ lựa chọn cao, chứa vật chất hữu cơ, có bề dày từ 2-5m

II.1.3 Thống Holoxen, hệ tầng TháI Bình (Q 2 1-2 tb ):

Đây là hệ tầng được thành tạo trẻ nhất trong khoảng 3000 năm trước, phân bốrộng rãi trong tỉnh, diện tích phân bố chiếm 90% diện tích nghiên cứu, bao gồmnhiều nguồn gốc khác nhau.

Phần trên có chiều dày mỏng Thành phần là sét bột màu xám đen, thuộc đấtthổ nhưỡng, do con người cải tạo và hàng năm được phù sa sông Hồng bồi đắpthêm

* Trầm tích biển- sông (maQ21-2tb)

Chiều dày của trầm tích này khoảng 20m Thành phần chủ yếu là sét bộ màuxám, xám nâu đơn điệu, có chứa phong phú các di tích thực vật, tiêu biểu cho môitrường biển Cát có thành phần đa khoáng như thạch anh, các mảnh vụn khác và ítvật chất hữu cơ, sét có thành phần khoáng vật clorit, mica và kaolinit, cấp độ hạtchủ yếu là bột sét

* Trầm tích sông (aQ21-2tb)

Được chia làm hai tướng: tướng lòng sông và tướng bãi bồi

Tướng lòng sông: theo các sông đổ ra đồng bằng thành tạo tướng lòng sông,thành phần chủ yếu là cát cuội sỏi Thành phần và kích thước hạt hoàn toàn phụthuộc vào nguồn gốc cung cấp vật liệu của sông Cát ở các con sông của Hà Namthường nhỏ và lẫn nhiều bột sét, thành phần đa khoáng và có màu xám đen

Tướng bãi bồi thành tạo chủ yếu là sét, sét bột màu nâu, nâu gụ phân bố dọctheo hai bờ sông chính với chiều dài ngang vài trăm mét đến vài chục km, dày từ 5đến 10m Thành phần chủ yếu là sét, bột tướng bãi bồi và cát tướng lòng sông

2.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn:

Nước ngầm ở Hà Nam có trong nhiều tầng chứa nước và nhìn chung có chấtlượng tốt đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của con người

Những khảo sát nước ngầm của Đoàn Trọng Cảnh và những người khác(thuộc trường đại học Mỏ - Địa Chất ) đã cho thấy: Trong trầm tích Đệ Tứ tại HàNam có tới 4 đơn vị chứa nước, tính từ mặt đất trở xuống gồm:

- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích hỗn hợp sông, biển, đầm lầy, hệ tầng TháIBình, tuổi Holoxen

- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích hỗn hợp biển đầm lầy, hệ tầng Hải Hưng,tuổi Holoxen

- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích lục địa, hệ tầng Hà Nội, tuổi Pleistoxen

- Tầng chứa nước lỗ hổng, vỉa- lỗ hổng thuộc trầm tích Pleistoxen dưới

Trong 4 tầng chứa nước ngầm thì có 2 tầng có trữ lượng lớn và có điều kiệnkhai thác tương đối thuận lợi đó là:

2.2.1 Tầng chứa nước lỗ hổng Holoxen, hệ tầng Thái Bình:

Thành phần chính của tầng chứa nước này là cát mịn dưới dạng thấu kính códiện phân bố nhỏ nằm xen trong các lớp sét, sét pha có nguồn gốc khác nhau Mựcnước tĩnh trong tầng chứa nước cách mặt đất từ 1 đến 3m Nguồn cung cấp chính lànước mưa và nước mặt thẩm thấu theo chiều thẳng đứng

2.2.2 Tầng chứa nước lỗ hổng tuổi Pleistoxen, hệ tầng Hà Nội:

Thành phần thạch học chủ yếu của tầng chứa nước này là cát hạt thô, sạn, sỏi.Chiều dày của tầng chứa từ 10m đến 15m

Nguồn gốc của tầng chứa nước này là nước nhạt được chôn vùi và có sự bổsung của nước thẩm thấu Nước ngầm trong tầng chứa nước tuổi pleistoxen có chấtlượng tốt, có thể khai thác sử dụng trong sinh hoạt

CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

TUYẾN ĐƯỜNG NỐI TỪ CAO TỐC CẦU GIẼ – NINH BÌNH ĐẾN ĐÊ SÔNG HỒNG, ĐOẠN TỪ KM21+000 – KM21+900

Đường ĐT 499 là tuyến đường quy hoạch từ nút giao Liêm tuyền trên đườngcao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình đến đê sông Hồng (Km 41+200 - đê hữu sông Hồng),

có tổng chiều dài khoảng 19,25 km Đoạn tuyến từ km 21+000 đến Km 21+900nằm trong khu vực huyện Lý Nhân, tỉnh Hà Nam Trong giai đoạn khảo sát ĐCCTphục vụ thiết kế bản vẽ thi công, trên đoạn tuyến này đã tiến hành khối lượng côngtác khảo sát ĐCCT:

- Đo vẽ bản đồ địa hình trên phạm vi xây dựng với tỷ lệ 1/1000, diện tíchkhoảng 20000m2;

- Khoan trên đoạn tuyến với số lượng 10 hố khoan, với tổng chiều sâu là150m, mỗi hố khoan sâu 15m;

- Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT trong tất cả các lỗ khoan với khoảng cách2.0m một lần, tổng cộng 75 lần;

- Lấy 75 mẫu đất và thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của chúng;

- Thí nghiệm cắt cánh thực hiện tại lỗ khoan 46 và 53 với 2m cắt cánh 1 lần,tổng cộng 13 lần

Dựa vào tài liệu thu thập được, tôi đánh giá điều kiện địa chất công trình đoạntuyến như sau:

3.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo

Đoạn tuyến khảo sát dài 900m từ Km 21+000 đến Km 21+900, đi qua địaphận huyện Lý Nhân, chủ yếu đi qua cánh đồng ruộng lúa, nằm trên kiểu địa hìnhđồng bằng tích tụ, bị phân cắt nhẹ bởi 1 số kênh mương tưới tiêu trong vùng Phủlên trên bề mặt là các thành tạo trầm tích Đệ Tứ nguồn gốc sông hồ, đầm lầy cóthành phần là sét, sét pha, cát pha, cát với bề dày lớn Bề mặt địa hình tương đốibằng phẳng, độ dốc dọc và ngang nhỏ Mặt đất thiên nhiên có cao độ thay đổi từ+1,17m đến +1,99m, so với cao độ thiết kế là 4,0m thì đoạn tuyến phải đắp cao vớichiều cao đắp trung bình là 3,0m

Đây là dự án xây dựng tuyến đường mới, chủ yếu đi qua ruộng lúa, kênhmương, và nhiều đường đất nhỏ cắt qua nên giao thông tương đối thuận lợi chocông tác thi công Ngoài ra, tuyến đường đi qua khu vực ít khu dân cư nên việc giảiphóng mặt bằng tương đối thuận lợi

3.2 Cấu trúc địa chất nền đất và tính chất cơ lý của đất nền

Theo tài liệu khảo sát ĐCCT, trong phạm vi chiều sâu khảo sát, cấu trúc nềnđất thiên nhiên theo thứ tự từ trên xuống gồm 4 lớp:

Lớp 1: Đất đắp;

Lớp 2: Sét màu xám nâu vàng, trạng thái dẻo mềm;

Lớp 3: Bùn sét pha, màu xám nâu đen;

Lớp 4: Cát màu xám đen, xám ghi, trạng thái rời xốp đến chặt vừa

Trên cơ sở các số liệu về chỉ tiêu cơ lý từng lớp đất, môđun tổng biến dạng

E0 và sức chịu tải quy ước R0 được tính theo TCXD 45 – 78:

e1: Hệ số rỗng của đất ứng với 1;

a1-2: Hệ số nén lún của đất ứng với khoảng áp lực 1=1 kG/cm2  2

có trạng thái từ dẻo mềm đến cứng thì mk được xác định theo bảng 3.2

m là hệ số điều kiện làm việc của đất nền, lấy bằng 1;

A, B, D : hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất tính theo trạng thái dưới hạn thứ II ( II );

b: chiều rộng móng, quy ước lấy bằng 100 cm;

h: Chiều sâu đặt móng, quy ước lấy bằng 100 cm;

CII: Lực dính kết của đất dưới đáy móng tính theo trạng thái theo giới hạn thứ II (kG/cm2);

II : Khối lượng thế tích tự nhiên của đất tính theo trnạg tháigiới hạn thứ II (kG/cm3).

Đặc điểm tính chất xây dựng của các lớp như sau:

3.2.1 Lớp 1: Đất đắp

Lớp đất nằm lộ ngay trên bê mặt địa hình với diện phân bố cục bộ, chủ yếuxuất hiện tại các vị trí tuyến cắt qua đường cũ, bờ kênh, bờ ruộng và khu dân cư,như tại lỗ khoan LK3, LK4, LK5, LK7, LK9 với chiều dày biến đổi từ 0,4m đến1,0m Đất có thành phần không đồng nhất, chủ yếu là sét pha, đôi chỗ lẫn sạn sỏi,màu xám nâu vàng

Do diện phân bố hẹp, chiều dày lớp mỏng, lại không đồng nhất nên trong lớpnày không lấy mẫu thí nghiệm Đề nghị bóc bỏ khi thi công

3.2.2 Lớp 2: Sét pha, trạng thái dẻo mềm

Lớp này gặp ở hầu hết các lỗ khoan ( trừ LK 10 ), nằm ngay dưới lớp đất đắp,phần lớn lộ ngay trên bề mặt địa hình Cao độ mặt lớp thay đổi từ +0,4m (LK7) đến+0,79m (LK8), cao độ đáy lớp từ +0,17m (LK1) đến +0,79 (LK4), bề dày biến đổi

từ 0,5m (LK5) đến 1m (LK1, LK2), chiều dày trung bình 0,7m Đất có thành phần

là sét màu xám nâu vàng, trạng thái dẻo mềm, một vài vị trí gần dẻo cứng

Trong lớp đã tiến hành lây và thí nghiệm 2 mẫu nguyên trạng Kết quả trìnhbày trong bảng 3.3

B ng 3.3: Các ch tiêu c lý c a l p 2ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ơ lý của lớp 2 ủa lớp 2 ớp 2

STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị

Giá trị trungbình (Xtc)

Giá trị tínhtoán

Xtt II

-7 Khối lượng thể tích tự nhiên gw g/cm3 1,68 1,68

Do chỉ thí nghiệm với 2 mẫu nên giá trị trung bình chính là giá trị tính toántheo trạng thái giới hạn thứ II

* Môđun tổng biến dạng được tính theo công thức (3.1) với các thông số:

a1-2 = 0,081 cm2/kG ; e0 = 1,463 ;  = 0,4 ; mk = 4,5

Eo = 4 , 5 54 , 73

081 , 0

463 , 1 1 4 ,

cao độ đáy lớp thay đổi từ -7,30m (LK10) đến – 4,51m (LK5) Chiều dày lớp trungbình khoảng 6m Đất có thành phần là bùn sét pha, đôI chỗ lẫn hữu cơ màu xám nâuđen.

Trong lớp đã tiến hành lấy và thí nghiệm 10 mẫu, kết quả được trình bàytrong bảng 3.4

B ng 3 4 – B ng t ng h p ch tiêu c lý l p 3ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 3 ợp chỉ tiêu cơ lý lớp 3 ỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ơ lý của lớp 2 ớp 2

* Môđun tổng biến dạng được tính theo công thức (3.1) với các thông số:

a1-2 = 0,057 cm2/kG ; e0 = 1,311 ;  = 0,62 ; mk = 1

Eo = 0 , 62 25 , 14

057 , 0

311 , 1 1

3.2.4 Lớp 4: Cát nhỏ màu xám xanh đen

Lớp đất có phạm vi phân bố rộng, gặp ở tất cả các lỗ khoan, nằm ngay dướilớp 3 Các lỗ khoan trong đoạn tuyến chưa khoan hết bề dày lớp này Cao độ mặtlớp thay đổi từ -6,99m (LK2) đến - 4,51m (LK4) Thành phần của đất là cát hạtnhỏ, màu xám xanh đen, trạng thái rời xốp đến chặt vừa, bão hoà nước

Trong lớp đã tiến hành thí nghiệm với 10 mẫu không nguyên dạng, kết quảđược trình bày trong bảng 3.5

Bảng 3.5: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 4

STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị

Giá trị trungbình

emin 0,67

5 Khối lượng thể tích khi khô gcmax g/cm3 1,31

gcmin g/cm3 1,12

7 Mô đun tổng biến dạng E0 kG/cm2 180

Theo (TCVN 45 -78), ta có:

+ Mô đun tổng biến dạng lớp 4: E0 = 180 kG/cm2;

+ Sức chịu tải quy ước lớp 4: R0 = 2 kG/cm2

3.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

Trong quá trình khoan khảo sát, đã quan sát và đo mực nước tĩnh trong hốkhoan, mực nước có chiều sâu thay đổi từ 0.7m đến 1.3m, trung bình 1.0m thuộctầng chứa nước Holoxen Nguồn cung cấp chính là nước mưa và nước mặt thẩmthấu từ trên xuống.Nước có thành phần Bicacbonat Canxi theo TCVN 3994 – 1985,không có khả năng ăn mòn bê tông

3.4 Các hiện tượng địa chất động lực

Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXD VN 375:2000 khu vực nghiên cứunằm trong vùng động đất cấp 8 Ngoài ra chưa phát hiện thấy dấu hiệu địa chấtđộng lực nào có thể gây bất lợi cho công trình

3.5 Vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên

Mỏ cát đắp sông Đáy: mỏ cát này nằm bên trái QL21A tại lý trình

Km161+500 thuộc địa phận xã Phù Vân – thị xã Phủ Lý Trữ lượng của mỏ khoảng200.000 km3 Vật liệu của mỏ là cát hạt nhỏ màu xám nâu Các chỉ tiêu cơ lý của

mỏ đảm bảo chất lượng làm vật liệu đắp nền đường Mỏ được khai thác bằng tàuhút từ bãi ngầm dưới lòng sông Đáy Và có thể vận chuyển bằng đường sông, để tậpkết gần đúng vị trí xây dựng

Mỏ cát đắp Nguyên Lý: Bãi cát nằm ngoài bãi sông Hồng thuộc địa phậnthôn Trần Xá- xã Nguyên Lý- huyện Lý Nhân- Hà Nam Hiện tại bãi được giao choông Đặng Xuân Phương quản lý và khai thác Nguồn cung cấp của bãi cát được hút

trực tiếp từ sông Hồng lên tập kết tại bãi Hiện tại khả năng cung cấp của bãikhoảng từ 3000 - 4000m3/ ngày Trữ lượng của mỏ lớn và được khôi phục hàngnăm Cát tại bãi có thành phần là cát hạt mịn đạt chất lượng để đắp nền đường, vàđang là vật liệu cung cấp cho các công trình xây dựng trong vùng.

3.6 Kết luận và kiến nghị

Từ kết quả đánh giá điều kiện địa chất công trình, có thể nhận thấy :

Nền đường thuộc loại phải đắp Cấu trúc nền đường tương đối đồng nhất,gồm 4 lớp Trong đó có lớp 1 là lớp đất đắp có thành phần không đồng nhất, chiềudày mỏng, đề nghị bóc bỏ khi thi công Đáng lưu ý là lớp đất yếu _ lớp 3 (bùn sétpha) có chiều dày trung bình khoảng khoảng 6m, cần phải thiết kế xử lý trước khitiến hành đắp nền đường Ngay dưới lớp đất yếu là các lớp cát hạt nhỏ trạng thái rờixốp đến chặt vừa có sức chịu tải tương đối tốt

Về thiết kế, thi công, xây dựng công trình :

Từ các đặc điểm địa hình và địa tầng cho thấy việc xây dựng công trình làtương đối thuận lợi do địa hình khá bằng phẳng, giao thông thuận tiện Tuy nhiên,

do có mặt các lớp đất yếu khá dày và lại nằm gần mặt đất thiên nhiên nên để đảmbảo cho nền đất đắp ổn định cần phải tiến hành xử lý nền đất yếu

Đoạn tuyến từ Km 21+000 – Km 21+900 thuộc tuyến đường ĐT499 đoạn nối

từ đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình đến đê sông Hồng là tuyến đường cấp I đồngbằng, thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 4054 – 2005 và TCXD 104 – 2007 với cácthông số sau:

+ Cao độ mặt đường thiết kế + 4,5m

+ Đất đắp đường là đất cát hạt nhỏ với: Khối lượng thể tích  = 1,85 t/m3

Lực dính kết c = 0

Góc masat trong  = 27 0

Theo 22TCN 262 – 2000, yêu cầu đối với thiết kế xử lý nền đất yếu như sau:

- Nền đường trước khi thi công mặt đường, lượng lún cố kết còn lại được quy định:

+  10 cm với vị trí gần mố cầu;

+  20 cm với chỗ có cống hoặc đường dân sinh chui dưới;

+  30 cm với các đoạn nền đắp thông thường

- Độ cố kết trong phạm vi có xử lý nền không nhỏ hơn 90%, hoặc tốc độ lún cònlại nhỏ hơn hoặc bằng 2 cm/năm;

- Hệ số ổn định trượt cục bộ Kmin = 1,2 khi sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánhngoài hiện trường, Kmin = 1,1 khi sử dụng kết quả nén nhanh không thoát nước trongphòng thí nghiệm

* Tổng tải trọng tác dụng tại tim đường:

Ptt = Pd + P ht ; (T/m2) (4.1)Trong đó:

Pd – tải trọng đất đắp, Pd = H.d;

Pht – tải trọng do phương tiện giao thông gây ra

Tải trọng xe cộ được xem là tải trọng của số xe nặng tối đa cùng một lúc cóthể đổ kín khắp bề rộng nền đường, phân bố đều trên 1 m chiều dài đường

Theo tiêu chuẩn khảo sát đường ô tô 22TCN262 – 2000, tải trọng này đượcxác định theo công thức sau:

Pht = nG Bl ; (T/m2) (4.2)

G – trọng lượng 1 xe ( nặng nhất), G = 30 tấn;

d – khối lượng thể tích đất đắp nền d = 1.85 (t/m3);

n – số xe tối đa có thể xếp trên phạm vi bề rộng nền đường, n = 4;

l – phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc, l = 6,6 m với G = 30T ;

B – bề rộng phân bố ngang của các xe (m), được xác định theo công thức:

B = nb + (n – 1)d + 2e (4.3)

Với:

n: số xe tối đa có thể xếp trên phạm vi bề rộng nền đường, n = 4;

b : Bề rộng xe ôtô (m) là khoảng cách giữa hai tâm bánh xe, b = 1,8m;

d : Khoảng cách tối thiểu giữa các xe (m), d = 1,3m;

e : Bề rộng lốp đôi (m), chọn e = 0,6m

 B = 4.1,8 + (4 – 1).1,3 + 0,6 = 11,7 (m);

) / ( 55 , 1 6 , 6 7 , 11

30

m T Bl

nG

Vậy chiều cao nền đắp tương đương htd là :

htd = 0 , 84 ( )

85 , 1

55 , 1

m P

4.2 Đánh giá và dự báo các vấn đề địa chất công trình

Như đã đánh giá ở trên nền đoạn tuyến khảo sát có lớp đất yếu (lớp bùn sét)

khá dày Căn cứ vào tải trọng tác dụng và chiều cao nền đường đắp ta thấy, khi xâydựng và sử dụng công trình, có thể phát sinh một số vấn đề địa chất công trình sau:

- Mất ổn định do lún trồi;

- Mất ổn định do trượt cục bộ;

- Vấn đề biến dạng lún của nền đất

Để có kết quả đánh giá cụ thể các vấn đề địa chất công trình trên, tôi tiếnhành tính toán ổn định cường độ và độ lún của nền đường đắp trên các đoạn có cấutrúc thay đổi, với chiều cao đắp có kể đến tải trọng xe cộ Việc đánh giá cụ thể cácvấn đề địa chất công trình được tiến hành trên các mặt cắt điển hình của tuyến Tôi tiến hành lựa chọn mặt cắt tính toán trên nguyên tắc: lựa chọn mặt cắt tạinhững chỗ đất yếu dày có bề dày lớn nhất và tại những chỗ có chiều cao đắp lớnnhất

4.3 Các thông số kỹ thuật của mặt cắt được chọn

4.3.1 Mặt cắt ngang tại Km 21 + 182.50

Đây là mặt cắt ngang có bề dày đất đắp lớn nhất Do lớp đất đắp đã được bóc

bỏ khi thi công nên cao độ mặt đường tự nhiên là +0,91 m So với cao độ thiết kế là+4,5m thì chiều cao đắp tại mặt cắt là 3,59m

Địa tầng từ trên xuống gồm các lớp đất

3

42

Hình 4.1 Địa tầng các lớp đất từ trên xuống tại mặt cắt ngang LK3

Lớp 2 : Sét màu xám nâu vàng, dẻo mềm dày 0,7m

Lớp 3 : Bùn sét pha màu xám nâu đen dày 6,3m, Cu = 0,124 kG/cm2 = 1,24 T/

m2

Lớp 4: Cát hạt nhỏ màu xám đen, xám ghi trạng thái chặt vừa Các lỗ khoanchưa khoan hết bề dày lớp này

Chiều cao đất đắp tính toán là:

Htt = H + htd = 3,59 + 0,84 = 4,43 (m)

Với bề rộng mặt đường là 24m, chiều cao đất đắp là 4,43m ( tính cả chiều caođất đắp tương đương gây ra do hoạt động xe cộ ), hệ số mái dốc 1:1,5 thì bề rộngnền đường là:

Hình 4.2 Địa tầng các lớp từ trên xuống tại mặt cắt ngang LK10

Lớp 3: Bùn sét pha màu xám nâu đen dày 8,5m

Lớp 4: Cát hạt nhỏ màu xám xanh đen, xám ghi trạng thái chặt vừa Các lỗkhoan ở đoạn tuyến chưa khoan hết bề dày lớp này

Chiều cao đất đắp tính toán là:

Htt = H + htd = 3,3 + 0,84 = 4,14 (m) Với bề rộng mặt đường là 24m, chiều cao đất đắp là 4,14m ( tính cả chiều caođất đắp tương đương gây ra do hoạt động xe cộ ), hệ số mái dốc 1:1,5 thì bề rộng

nền đường là:

B’ = 24 + 3,62.1,5.,2 = 36,42 (m) Khi đó chiều rộng trung bình nền đường là:

n dn

e

n dn

4.4.1 Kiểm toán ổn định trượt cho nền đất yếu

Khi xây dựng đường đắp trên nền đất yếu có thể xảy ra các vấn đề lún trồi,trượt cục bộ

4.4.1.1 Kiểm tra ổn định lún trồi

Khi đắp nền đường trên đất yếu, phần giữa nền đường bị lún xuống và đấtyếu bị đẩy trồi lên trên ở hai chân mái dốc, gây nên hiện tượng lún trồi (hình 4.2)

Hiện tượng này thường xảy ra khi đất yếu xen kẹp giữa hai lớp đất tốt hơn và phân

bố ngay dưới nền đường đắp

B

H d

H

Hình 4.3 – Sơ đồ lún trồi của nền đường đắp trên đất yếu

Tại các mặt cắt tính toán được chọn ở trên, do cấu trúc nền đất đều bao gồmlớp 3_lớp đất yếu ( bùn sét pha ) nằm xen kẹp giữa các lớp đất tốt hơn: khối đấtđắp phía trên hoặc lớp đất sét dẻo mềm và cát hạt nhỏ trạng thái chặt vừa ở phíadưới, nên có khả năng xảy ra vấn đề lún trồi Vì vậy, tôi tiến hành kiểm toán lún trồivới cả hai mặt cắt trên

Để tính toán, tôi sử dụng công thức của J.Mandel:

K = q q gh

(4.4)Trong đó:

qgh - áp lực giới hạn của nền đất yếu;

q – ứng suất do nền đường đắp gây ra ở timđường;

Trường hợp nền đường có chiều rộng nhỏ so với chiều dày lớp đất yếu(B/H < 1.49), có thể áp dụng tính qgh theo công thức sau :

qgh= ( + 2).Cu ;Trường hợp nền đường có chiều rộng lớn hơn so với chiều dày lớp đấtyếu (B/H > 1.49), có thể áp dụng tính qgh theo công thức sau :

qgh = Nc Cu ; Trong các công thức trên:

Cu: lực dính kết không thoát nước của đất yếu, ở đây Cu được lấy trungbình của các lớp đất yếu dưới nền đường, theo trạng thái giới hạn II;

Nc: hệ số thay đổi theo tỷ số B/H tra theo toán đồ Pilot-Moreau (TCXD245: 2000 );

H – chiều dày tầng đất yếu;

B – chiều rộng nền đường đắp (tính trung bình giữa mặt và đáy nền đường);

Hd - chiều cao lớp đất đắp;

đ - khối lượng thể tích của lớp đất đắp nền đường;

Nếu hệ số an toàn K > 1,2 thì nền đường ổn định;

Nếu hệ số an toàn K < 1,2 thì nền đường mất ổn định;

- Áp lực giới hạn của nền đất yếu:

Chiều rộng trung bình của nền đường là 30,65m

49 , 1 87 , 4 3 , 6

65 , 30







H B

Vậy, áp lực giới hạn trên nền đất yếu được tính theo công thức sau:

qgh = CuII Nc

Cu II : lực dính không thoát nước của đất yếu CuII =1,24 (T/m2)

Nc: hệ số chịu tải của nền phụ thuộc vào tỷ số B/H tra theo toán đồ Pilot –Moreau;

Tra theo toán đồ Mandel, được Nc = 6,72;

Thay số, được

2 , 1 02 , 1 19 , 8

24 , 1 72 , 6

Tính toán tương tự km 21+182.50 được:

- Ứng suất do nền đường đắp gây ra ở tim đường:

q = Pđ + Pht

Theo kết quả tính toán phần 4.1, có: Pht = 1,55 (T/m2)

 q = 1,85.3,3 + 1,55 = 7,66 (T/m2)

- Áp lực giới hạn của nền đất yếu:

Chiều rộng trung bình của nền đường là 30,21 m

49 , 1 55 , 3 5 , 8

21 , 30







H B

Vậy, áp lực giới hạn trên nền đất yếu được tính theo công thức:

qgh = CuII Nc

Tra theo toán đồ Mandel, được Nc = 6,01

Lực dính kết không thoát nước của lớp đất yếu_lớp 3 là Cu = 1.24T/m2

 qgh = Cu Nc = 1,24 6,01 = 7,45 (T/m2);

Thay số, được:

2 1 97 , 0 66 , 7

45 , 7

Do đó nền đường tại mặt cắt 2 có khả năng xảy ra lún trồi

4.4.1.2 Kiểm tra ổn định trượt cục bộ

Mất ổn định do trượt một bộ phận của nền đắp và một phần của nền đất yếu

là hình thức phá hoại thường gặp nhất Dưới tác dụng của tải trọng công trình, trongnền đất phát sinh ứng suất cắt, nếu ứng suất cắt vượt quá độ bền kháng cắt của đấtthì sẽ phát sinh trượt cục bộ Hiện tượng này xảy ra trong trường hợp lớp đất yếunằm trên lớp đất có sức chịu tải cao, biểu hiện được nhận thấy là một phần đoạnđường bị sụt lún tạo thành bậc trượt, đất ở đỉnh nền đường và dưới chân taluy bị đẩytrồi lên (hình 4.4)

Đất đắp

Đất yếu

H

h

Hỡnh 4.4 Sơ đồ trượt cục bộ của nền đường đắp trờn đất yếu

Tại cỏc mặt cắt tớnh toỏn đó chọn ở trờn, nhận thấy cấu trỳc nền đất cũng gồmlớp đất yếu_ lớp bựn sột pha nằm trờn lớp cỏt hạt nhỏ trạng thỏi chặt cú sức chịu tảitương đối cao ( R0 = 2 kG/cm2 ) Vỡ vậy, trượt cục bộ cú khả năng xảy ra tại cỏc mặtcắt này Do đú tụi tiến hành kiểm toỏn ổn định trượt cục bộ đối với hai mặt cắt trờn

Việc tớnh ổn định do trượt được tiến hành theo phương phỏp phõn mảnh

cổ điển với giả thiết mặt trượt cú dạng hỡnh trụ trũn ( hỡnh 4.5)

Hỡnh 4.5 – Sơ đồ tớnh ổn định theo phương phỏp phõn mảnh cổ điển.

Theo P.M Goldstein, cú thể xỏc định hệ số an toàn F ứng với cung trượtnguy hiểm nhất theo cụng thức sau:

F = A.f + B

R d

A, B: là các hệ số tra bảng, phụ thuộc vào góc mái dốc và vị trí mặt trượt;

f= tg - hệ số ma sát trong của đất nền tự nhiên;

Cu - lực dính không thoát nước của đất nền tự nhiên;

đ - khối lượng thể tích đất đắp;

HR – chiều cao mái đất đắp ( bao gồm chiều cao đất đắp và chiều cao quy đổi

từ tải trọng xe cộ);

Khi F < Fgh thì nền đường bị trượt;

Khi F> Fgh thì nền đường không bị trượt;

B ng 4.2 - B ng tra h s A, Bảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ệ số A, B ố A, B

- Chiều cao đất đắp quy đổi: HR = Hđ + htđ

htđ : là chiều cao đất đắp quy đổi từ tải trọng xe cộ:

Theo tính toán ở phần 4.1, có htđ = 0,84 (m)

 HR = 3,59 + 0,84 = 4,43 (m)

Lực dính không thoát nước của đất dưới nền đường (lấy theo kết quả thínghiệm nén nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm):

24 , 1 85 , 5 10 7 , 1 94 ,

Chiều cao đất đắp quy đổi: HR = Hđ + htđ = 3,3 + 0,84 = 4,14 (m);

Lực dính không thoát nước của đất dưới nền đường (lấy theo kết quả thínghiệm nén nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm):

24 , 1 85 , 5 10 7 , 1 94 ,

Vậy nền đường tại mặt cắt 2 có nguy cơ xảy ra hiện tượng trượt cục bộ

4.3.2 Kiểm toán lún nền thiên nhiên dưới nền đường đắp

Độ lún của nền đường đắp trên nền đất yếu là độ lún của toàn bộ nền đường

sau khi kết thúc lún dưới tác dụng của tải trọng, gồm độ lún của bản thân nền đắp và

độ lún của nền đất yếu dưới nền đắp Ở đây không xét tới độ lún của bản thân nềnđường đắp, xem như khi đắp đã được đầm chặt tốt Vì vậy, việc tính lún trở thànhviệc tính độ lún tổng cộng của nền đất yếu dưới nền đất đắp

Độ lún tổng cộng gồm có độ lún tức thời và độ lún cố kết, trong đó độ lún cốkết thường có giá trị lớn nhất.

 Tính độ lún tức thời:

Độ lún tức thời được tính toán với giả thiết là không có sự thoát nước ra khỏiđất và xảy ra với thể tích không đổi

a' a

H

h

a' a

a’: Khoảng cách lề đường đến tim đường;

a : Khoảng cách tâm của chân mái đốc đến tim đường;

x: Toạ độ ngang của vùng tính lún đến tim đường;

h : chiều dày của nền đất yếu;

E: môđun tổng biến dạng của đất yếu;

 : Khối lượng thể tích đất đắp ,  = 1,85 T/m3;

00 , 0 , 32 , 15

30 , 6

00 , 0 , 00 , 12

30 , 6

= (0,53 , 0,00) rH’= 0,13Thay vào công thức (4.6):

12 09

, 0 12 31 , 15

32 , 15 4 , 251

41 , 4 85 ,

00 , 0 , 12 , 15

50 , 8

00 , 0 , 00 , 12

50 , 8

= (0,71, 0,00) rH’= 0,19 Thay vào công thức (4.6):

12 14

, 0 12 12 , 15

12 , 15 4 , 251

14 , 4 85 ,

= 0,045 (m)

Si= 4,5 (cm)

* Tính độ lún cố kết ổn định:

Để tính lún cố kết ổn định, ở đây sử dụng phương pháp phân tầng lấy tổng

- Trong đó, theo TCN 262 2000 độ lún của phần đất yếu, tính theo chỉ

số nén lún, tuỳ từng trường hợp mà tính theo các công thức sau:

Đối với đất cố kết bình thường và chưa cố kết:

i z

i bt i c n

1 0

(4.7)Đối với đất quá cố kết có hai trường hợp xảy ra:

i z

i bt i r n

1 0

(4.8)+ Nếu bt + z > c thì:

c i r c

i z

i bt i c n

Hệ số nén lún rút đổi được xác định;

i

i i

e

a a

0

2 1 0

1 

 

hi – chiều dày lớp phân tố thứ i;

i – ứng suất phụ thêm ở giữa lớp thứ i, tính bằng trungbình cộng giữa ứng suất phụ thêm ở đỉnh và ở đáy lớp phân tố thứ i;

i- hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại đất lớp phân tố thứ i;

Ei- mô đun tổng biến dạng của đất lớp phân tố thứ i;

Áp lực bản thân của đất tại các điểm đáy lớp được tính theo công thức:

ibt = i.hi (4.12)Ứng suất phụ thêm tại các điểm đáy lớp được tính theo công thức:

iZi = K0 pgl (4.13)Trong đó: pgl - áp lực gây lún;

pgl = Pđ = đ.Hđ

Độ lún S được tính đến lớp phân tố cuối cùng nằm trong vùng hoạt động nén

ép Vùng hoạt động nén ép được xác định đến độ sâu mà tại đó 0,2 bt ≥ gl

Trong phạm vi chiều sâu lỗ khoan, phân chia nền đất thành các phân lớpnhỏ:

Lớp 2: có bề dày 0,7m được chia thành 1 lớp phân tố có bề dày 0,7m;Lớp 3: có bề dày tổng cộng 6,3m, được chia thành 7 lớp phân tố, trong

đó có 6 lớp phân tố có bề dày từ 1m và 1 phân tố có bề dày 0,3m;

Lớp 4: có bề dày tổng cộng 7m, được chia thành 7 lớp phân tố, mỗi lớpphân tố có bề dày từ 1m

Với lớp bùn sét pha, khối lượng thể tích được lấy để tính toán là khốilượng thể tích tự nhiên của đất, còn lớp cát hạt nhỏ khối lượng thể tích đượclấy để tính toán là khối lượng thể tích bão hoà

Việc phân chia lớp và kết quả tính ứng suất được trình bày trong bảng4.2

B ng 4.3- B ng tính ng su t t i tim dảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ứng suất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ướp 2 ền đất tại mặt cắt km 21+182.50 đất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50i n n t t i m t c t km 21+182.50ặt cắt km 21+182.50 ắt km 21+182.50

+ Từ kết quả tính ứng suất, vẽ được biểu đồ ứng suất dưới tim nền đường tại mặtcắt Km 21+182.50 như sau:

2,52 1m2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 11m 12m 13m 14m 15m 16m 17m 17,5m

4,19 5,86 7,53 9,20 10,87 12,67 14,61 16,55 18,49 20,43 22,37 24,31 26,25 28,19 30,13 32,07

0,7m

0,59

8,19 8,18 8,13 8,08 8,04 8,00 7,96 7,92 7,86 7,74 7,59 7,44 7,29 7,14 6,99 6,84 6,69 6,53 6,36

3

4

0

Hình 4.7 Biểu đồ phân bố ứng suất dưới tim nền đường tại mặt cắt Km21+182.50

+ Xác định chiều dày vùng hoạt động nén ép:

Tại độ sâu 17,5m có z= 6,36 (T/m2); bt= 32,07 (T/m2) thỏa mãn điềukiện z < 0,2bt nên chiều dày vùng hoạt động nén ép là 17,5m

+ Tính độ lún cố kết của đất nền:

Độ lún của đất nền được tính đến hết vùng hoạt động nén ép;

Với: Lớp 1_lớp sét dẻo mềm được tính lún theo công thức (4.10);

Lớp 4_lớp cát hạt nhỏ được tính lún theo công thức (4.11);

Lớp 3_lớp bùn sét pha với 5 phân tố đầu (bt < c và bt + z > c)được tính lún theo công thức (4.9); 2 phân tố sau (bt >  c)tính lún theo côngthức (4.7).

Bảng tính giá trị độ lún cố kết của của đất nền tại mặt cắt như sau:

B ng 4.4 B ng tính ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 độ lún cố kết tim dưới nền đường tại mặt cắt km lún c k t tim dố A, B ết tim dưới nền đường tại mặt cắt km ướp 2i n n ền đất tại mặt cắt km 21+182.50 đường tại mặt cắt kmng t i m t c t kmại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ặt cắt km 21+182.50 ắt km 21+182.5021+182.50

i z

i bt Log

Ứng suất phụ thêm tại các điểm tại đáy lớp được tính theo công thức(4.12);

Trong đó:

pgl = Pđ = 1,85 4,14 = 7,66 (T/m2)Trong phạm vi chiều sâu lỗ khoan, phân chia nền đất thành các phân lớpnhỏ:

Lớp 3: có bề dày tổng cộng 8,5m, được chia thành 9 lớp phân tố, trong

đó có 8 lớp phân tố có bề dày 1m và 1 phân tố có bề dày 0,5m;

Lớp 4: có bề dày tổng cộng 6,5m, được chia thành 7 lớp phân tố, có 6phân tố có bề dày 1m và 1 phân tố dày 0,5m;

Với lớp bùn sét pha, khối lượng thể tích được lấy để tính toán là khốilượng thể tích tự nhiên của đất, còn lớp cát hạt nhỏ khối lượng thể tích đượclấy để tính toán là khối lượng thể tích bão hoà

Việc phân chia lớp và kết quả tính ứng suất được trình bày trong bảng4.2

B ng 4.5- B ng tính ng su t t i tim dảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ứng suất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ướp 2 ền đất tại mặt cắt km 21+182.50 đất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50i n n t t i m t c t km 21+900ặt cắt km 21+182.50 ắt km 21+182.50Lớp Điểmtính Độ sâu(m) y/b z/b Ko z (T/m2) bt (T/