GIÁO TRÌNH nền ĐƯỜNG sắt

NGUYỄN THANH TÙNG (CHỦ BIÊN) LÊ VĂN CỬ - BÙI THỊ TRÍ NỀN ðƯỜNG SẮT NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ NỘI - 2005 nhieu.dcct@gmail.com Nñs.4 nhieu.dcct@gmail.com Mục lục Trang Lời nói ñầu Mở ñầu 1. Tác dụng của nền ñường và vị trí của nó trong công trình xây dựng .....2. ðặc ñiểm của công trình nền ñường và yêu cầu trong xây dựng............ 2.1. ðặc ñiểm của công trình nền ñường 2.2. Nền ñường xây dựng trong ñiều kiện tự nhiên 2.3. Nền ñường dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và ñộng 3. Yêu cầu trong xây dựng nền ñường 3.1. Nền ñường phải phẳng, mặt nền ñường ñủ rộng 3.2. Nền ñường phải kiên cố, ổn ñịnh 3.3. Yêu cầu thiết kế và thi công nền ñường ñảm bảo kinh tế - kỹ thuật 4. Phân loại thiết kế nền ñường 5. Trình tự thiết kế nền ñường thông thường 5.1. Số liệu cần thiết cho thiết kế 5.2. Hồ sơ thiết kế nền ñường 5.3. Nội dung thiết kế chủ yếu 3 11 12 13 14 15 Chương 1 Cấu tạo và thiết kế nền ñường sắt thông thường 16 1.1. Các dạng và cấu tạo mặt cắt ngang nền ñường. 1.1.1. Hình dạng mặt cắt ngang nền ñường 1.1.2. Cấu tạo cơ bản mặt cắt ngang nền ñường 1.1.2.1. Bản thân nền ñường 1.1.2.2 Công trình nền ñường 1.1.2.3. Mặt cắt ngang nền ñường sắt 1.2. Mặt nền ñường và lớp ñệm nền 1.2.1. Hình dạng và chiều rộng mặt nền ñường 1.2.1.1. Hình dạng mặt nền ñường 1.2.1.2 Chiều rộng mặt nền ñường sắt 1.2.1.3. Cao ñộ nền ñường sắt 1.2.1.4. Tải trọng ñoàn tàu 1.2.2. Lớp ñệm nền ñường sắt tiêu chuẩn 17 19 23 24 30 32 35 Nñs.5 nhieu.dcct@gmail.com 1.3. Nền ñắp 1.3.1. Vật liệu ñắp nền ñắp. 1.3.2. Hình dạng ta luy và ñộ dốc mái nền ñắp 1.3.3. Thiết kế nền ñắp 1.3.3.1. Tính ổn ñịnh của taluy. 1.3.3.2. Lớp ñáy móng nền ñắp và nền ñắp trên sườn dốc 1.3.4. Tính ứng suất ở thân và móng nền ñắp 1.3.4.1. Tính ứng suất thẳng ñứng ở thân nền ñắp. 1.3.4.2. Tính ứng suất thẳng ñứng ở móng nền ñắp. 1.3.5. Tính ñộ chặt ở thân nền ñắp 1.3.6. Tính ñộ lún ở móng nền ñường 1.4. Nền ñào 1.4.1. Nền ñào ñất 1.4.1.1. Tính ổn ñịnh của taluy nền ñào. 1.4.1.2.Nền ñào ñá. 1.4.2. Phá hoại của lớp ñệm nền ñường sắt và biện pháp sửa chữa. 1.4.3. Tính ứng suất thẳng ñứng ở móng nền ñào 1.5. ðầm nén nền ñắp 1.6. Phương pháp xử lý ñoạn quá ñộ giữa cầu và ñường 1.6.1. Tại ñầu cầu lắp ñặt bản ñỡ và dầm gối. 1.6.2. Tăng thêm ñộ cứng của lớp ñệm nền ñường, giảm bớt nền ñắp lún xuống 1.7. ðo ñạc kiểm tra chất lượng ñầm nén 1.7.1. Máy ño ñộ ẩm, mật ñộ (phóng xạ nguyên tử). 1.7.2. Thí nghiệm bản chịu nén K30 103 39 41 42 52 56 60 62 72 79 80 82 85 91 95 99 100 101 102 Chương 2 Cấu tạo nền ñường sắt cao tốc 2.1. ðặc ñiểm nền ñường sắt cao tốc 2.2. Mặt cắt ngang tiêu chuẩn của ñường sắt cao tốc 2.2.1. Mặt cắt ngang nền ñắp ñường sắt cao tốc. 2.2.2. Khoảng cách giữa hai tim ñường. 2.2.3. Chiều rộng vai ñường 2.3. Mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñào ñường sắt cao tốc 2.4. Hình dạng và chiều rộng mặt nền ñường sắt cao tốc 2.5. Yêu cầu cần phải cường hoá lớp ñệm nền ñường sắt cao tốc 2.5.1. Chiều dày lớp bề mặt lòng nền ñường. Nñs.6 nhieu.dcct@gmail.com 105 107 108 110 113 114 115 116 2.5.2. Tác dụng của lớp mặt lòng nền ñường sắt. 2.5.3. Phương pháp xác ñịnh bề dày lớp mặt lòng nền ñường. 2.6. Vật liệu ñắp nền ñường sắt cao tốc và tiêu chuẩn ñầm nén 122 2.6.1. Lớp bề mặt lòng nền ñường sắt cao tốc. 2.6.2. Lớp ñáy lòng nền ñường sắt. 126 2.6.3. Bộ phận dưới nền ñắp. 2.7. ðiều kiện móng nền ñường sắt cao tốc 2.8. Trị số khống chế và biến dạng của nền ñường sắt cao tốc 2.8.1. Lún tích lũy lòng nền ñường do chạy tầu khai thác gây ra. 2.8.2. Biến dạng ñàn hồi của nền ñường khi tầu chạy cao tốc. 2.8.3. Lún nén chặt của ñất ñắp nền ñường. 117 127 129 130 132 Chương 3 Tường chắn nền ñường 3.1. Khái niệm mở ñầu 3.1.1. ứng dụng và phân loại tường chắn ñất trong công trình nền ñường 3.1.2. Hệ lực tác dụng trên tường chắn ñất. 3.2. áp lực ñất 139 3.2.1. Tính toán áp lực ñất chủ ñộng của lưng tường thẳng ñứng dưới các ñiều kiện biên. 3.2.2. Tính toán áp lực ñất chủ ñộng của lưng tường gãy khúc 3.2.3. Tính toán áp lực ñất mặt nứt thứ hai. 3.2.3.1 ðiều kiện của mặt nứt vỡ thứ hai xuất hiện. 3.2.3.2.áp lực ñất mặt nứt vỡ thứ hai. 3.2.3.3. ðường cong phán ñoán ñể tính toán áp lực ñất mặt nứt thứ hai 3.2.3.4. Tính toán áp lực ñất. 3.2.3.5. áp lực ñất của khu vực ñộng ñất và áp lực ñất dưới ñiều kiện ngâm nước 162 3.3. Tính toán thiết kế tường chắn ñất trọng lực 3.3.1. Yêu cầu cấu tạo tường chắn ñất trọng lực. 3.3.1.1. Hình dạng của mặt cắt thân tường. 3.3.1.2. ðộ sâu ñặt móng tường 168 3.3.1.3. Cấu tạo tường chắn ñất. 169 3.3.2. Kiểm toán tường chắn ñất trọng lực. 3.3.2.1. Kiểm toán ổn ñịnh trượt. - 134 - 138 148 153 154 159 160 166 167 - 171 Nñs.7 nhieu.dcct@gmail.com 3.3.2.2. Kiểm toán tính ổn ñịnh chống lật ñổ. 3.3.2.3. Kiểm toán ứng suất ñáy móng và ñộ lệch tâm hợp lực. 3.3.2.4. Kiểm toán cường ñộ mặt cắt thân tường. 3.3.2.5. Gia cố tường chắn ñất. 3.3.2.6. Thông số thường dùng thiết kế tường chắn ñất. 172 173 174 179 180 Chương 4 Thoát nước nền ñường và phòng hộ 4.1. Thoát nước nền ñường 4.1.1. Thoát nước mặt nền ñường 4.1.2. Yêu cầu và nguyên tắc chung thoát nước mặt nền ñường. 4.1.3. Công trình thoát nước mặt nền ñường 4.1.4. Biện pháp thoát và hạ thấp mực nước ngầm nền ñường. 4.2. Phòng hộ nền ñường 4.2.1. Phòng hộ mặt ta luy nền ñường 4.2.2. Phòng hộ xói lở chân ta luy nền ñường 206 4.2.3. Công trình phòng hộ nền ñường và tường tổng hợp trị núi. 184 185 187 198 215 Chương 5 Nền ñường trên ñất yếu 218 5.1. Khái niệm chung 5.2. Cường ñộ chống cắt của ñất yếu 5.3. Chiều cao nhỏ nhất và chiều cao giới hạn của nền ñắp trên ñất yếu 5.3.1. Chiều cao nhỏ nhất của nền ñường trên ñất yếu Hmin 5.3.2. Chiều cao giới hạn của nền ñắp trên ñất yếu Hc 5.4. Kiểm toán ổn ñịnh của nền ñường trên ñất yếu 5.4.1. Kiểm toán ổn ñịnh chống ép trồi 5.4.2. Kiểm toán ổn ñịnh chống trượt 5.5. Tính ñộ lún của nền ñường trên ñất yếu. 5.5.1. Tính ñộ lún tức thời Sd 5.5.2. Tính ñộ lún do cố kết ép gọn Sc. 5.6. Các biện pháp gia cố nền ñất yếu 5.6.1. Phương pháp vét bùn 5.6.2. Phương pháp gia cố bằng bè gỗ: 5.6.3. Phương pháp thả ñá hộc 5.6.4. Phương pháp ñóng cọc gia cố chân taluy 5.6.5. Thi công nền ñắp theo giai ñoạn 5.6.6. Hộ ñạo phản áp 248 Nñs.8 nhieu.dcct@gmail.com 219 222 223 224 225 227 236 237 243 244 245 247 - 5.6.7. Tầng ñệm cát 5.6.8. Gia cố móng nền ñường bằng giếng cát 5.6.9 Túi giếng cát 5.6.10. Băng nhựa thoát nước 5.6.11. Phương pháp gia tải tạm thời 5.6.12. Phương pháp gia cố ñất xi măng 5.6.13. Cọc ñá dăm 5.6.14. Cột ñất gia cố vôi hoặc xi măng 5.6.15. Phương pháp cố kết ñộng 285 5.6.16. Phương pháp gia cố tổng hợp 5.7. Quan trắc và khống chế việc thi công nền ñắp trên ñất yếu 5.7.1. Nội dung chủ yếu của việc quan trắc thi công nền ñắp trên ñất yếu 5.7.2. Khống chế thi công nền ñắp trên ñất yếu 250 257 278 279 280 282 284 286 288 Chương 6 Nền ñường qua vùng ñất sụt 290 6.1. Phân tích tính ổn ñịnh ñất sụt 6.1.1. Phân tích tính ổn ñịnh của ñất sụt 6.1.2. Tính lực ñẩy trượt 6.2. Xác ñịnh chỉ tiêu tính toán khi phân tích ổn ñịnh ñất sụt 294 6.2.1. Xác ñịnh chỉ tiêu cường ñộ chống cắt 6.2.2. Xác ñịnh hệ số an toàn (hệ số ổn ñịnh yêu cầu) 6.3. Công trình thoát nước và phòng hộ 6.3.1. Công trình thoát nước dốc trượt 6.3.2. Công trình phòng hộ ta luy bờ 6.4. Công trình tường chắn và các biện pháp khác 6.4.1. Tường chắn chống trượt 6.4.2. Cọc chống trượt 311 6.4.3. Công trình dây neo 6.4.4. Giảm trọng và gia tải chống trượt 6.4.5. Biện pháp cải thiện tính chất của khối ñất trượt. 291 292 295 302 303 308 310 310 315 316 317 Chương 7 Nền ñường khu vực ñiều kiện ñặc biệt 7.1. Nền ñường ngâm nước 7.1.1. Phân loại nền ñường ngâm nước và ñặc ñiểm công trình. 318 Nñs.9 nhieu.dcct@gmail.com 7.1.1.1. ðặc ñiểm chủ yếu của công trình nền ñắp ven sông và bãi sông. 7.1.1.2. ðặc ñiểm công trình nền ñường ở ñập nước 7.1.2. Kiểm toán tính ổn ñịnh nền ñường ta luy ngâm nước. 7.2. Nền ñường khu vực ñộng ñất. 7.2.1. ảnh hưởng của ñộng ñất ñối với tính ổn ñịnh nền ñường. 7.2.1.1. Biến dạng của ñáy móng nền ñường. 7.2.1.2. Biến dạng bản thân nền ñắp. 7.2.1.3. Biến dạng của taluy nền ñường ñào (hoặc sườn núi). 7.2.2. Biện pháp chống chấn ñộng nền ñường. 7.2.3. Kiểm toán tính ổn ñịnh nền ñường khu vực ñộng ñất 7.3. Nền ñường ở khu vực ñất hoàng thổ 7.3.1. ðặc ñiểm của công trình nền ñường ở khu vực ñất hoàng thổ. 7.3.2. Hình dạng và ñộ dốc ta luy nền ñào khu vực hoàng thổ. 7.3.3. Phòng hộ ta luy nền ñường ñất hoàng thổ. 7.3.4. Hang hố sụt ñất hoàng thổ và xử lý 7.4. Nền ñường ở khu vực ñất trương nở 7.4.1. ðặc tính của ñất trương nở 7.4.2. Nền ñắp và nền ñào ở khu vực ñất trương nở 7.4.3. Gia cố và phòng hộ nền ñường ở khu vực ñất trương nở Phụ lục: Các ñơn vị dùng trong ñịa lý kỹ thuật theo hệ thống quốc tế (SI) Tài liệu tham khảo Nñs.10 nhieu.dcct@gmail.com 320 321 325 327 328 329 331 334 335 336 339 344 345 347 357 Mở ñầu 1. Tác dụng của nền ñường và vị trí của nó trong công trình xây dựng Nền ñường là cơ sở chịu tác dụng của các bộ phận kết cấu tầng trên ñường sắt và ñoàn tầu ở trạng thái tĩnh và ñộng. Các tải trọng này truyền xuống nền ñường ñến tận móng rồi khuếch tán. Trên mặt cắt dọc nền ñường phải bảo ñảm cao ñộ cần thiết của tuyến ñường. Trong công trình xây dựng, nền ñường chiếm một vị trí quan trọng về khối lượng thi công, diện tích chiếm dụng ñất và vốn ñầu tư lớn. Công trình nền ñường bao gồm: Công trình bản thân nền ñường, công trình thoát nước nền ñường, công trình phòng hộ, và gia cố nền ñường. Hệ thống hoàn chỉnh của các công trình trên ñể ñảm bảo nền ñường luôn làm việc ở trạng thái tốt. 2. ðặc ñiểm của công trình nền ñường và yêu cầu trong xây dựng 2.1. ðặc ñiểm của công trình nền ñường - Nền ñường xây dựng trên móng ñất, ñá và sử dụng ñất ñá này làm vật liệu xây dựng. - ðất ñá ñều là vật liệu không liên tục có ñặc tính vỡ vụn, rời rạc, khe rỗng. Những ñặc tính phức tạp ñó thay ñổi rất nhiều không chỉ do tuyến ñường ñi qua những nơi ñịa hình, ñịa chất khác nhau. Tức là với cùng một loại ñất ñá, do khí hậu bốn mùa thay ñổi mực nước lên xuống và sự biến ñổi của tình hình chịu lực, ñều ảnh hưởng cơ bản ñến tính chất của công trình. Cơ học ñất ñã nghiên cứu tính chất ñất ñá và phần lớn ñều coi ñất ñá là vật thể ñàn hồi, giả thiết quan hệ ứng suất với biến dạng là tuyến tính. Những giả thiết này không phù hợp hoàn toàn với tình trạng sau khi chịu lực của ñất ñá. Lý thuyết thiết kế nền ñường chủ yếu ñược xây dựng trên cơ sở của cơ học ñất ñá và ñó là thành quả của khoa học kỹ thuật của cơ học ñất ñá ñược áp dụng ñể thiết kế nền ñường. Vào những năm gần ñây của cuối thập kỷ 20, cùng với sự phát triển của cơ học ñất ñá và ứng dụng vật liệu mới ñã mang lại những ñiều kiện rất tốt cho áp dụng thiết kế nền ñường (ñặc biệt là nền ñường cao tốc). 2.2. Nền ñường xây dựng trong ñiều kiện tự nhiên Tuyến ñường xây dựng thường gặp phải sự ảnh hưởng phức tạp của ñiều kiện tự nhiên như: ñịa hình, ñịa chất phức tạp, khí hậu thuỷ văn, ñộng ñất.... Từ ñó phát sinh nhiều sự cố nền ñường ta luy nền ñào bị nước phá hoại, nền ñường ñất giãn nở, khi khô co lại, ướt thì giãn nở, dẫn ñến ta luy nền ñường sạt trượt, nền ñường ñông cứng vào mùa ñông nhiệt ñộ thấp, khi ñộng ñất thì cát của nền bị hoá lỏng dẫn ñến nền ñường bị trượt. Những hư hại ñó của nền ñường ñều có quan hệ mật thiết với các Nñs.11 nhieu.dcct@gmail.com ñiều kiện tự nhiên. Khi thiết kế, thi công và bảo dưỡng nền ñường ñều không thể tách rời ñiều kiện tự nhiên, mà nên nghiên cứu ñiều tra ñầy ñủ ñể khắc phục các tai họa của tự nhiên, ñây là nội dung quan trọng trong thiết kế thi công nền ñường. 2.3. Nền ñường dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và ñộng Kết cấu tầng trên ñường sắt và các công trình nhân tạo trên nền ñường dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và ñộng của ñoàn tầu là nguyên nhân chủ yếu gây ra các hư hại cho lớp ñệm nền ñường. Việc nghiên cứu các vấn ñề ổn ñịnh, biến dạng của ñất dưới tác dụng của tải trọng ñộng phải hiểu rõ tính chất ñộng lực học của ñất gồm: cường ñộ ñộng của ñất và hoá lỏng, sự tăng của áp lực ñộng do nước gây nên, những chấn ñộng sụt của ñất.... Một số phương pháp ño ñạc thực nghiệm ñã cho kết quả nghiên cứu ñộng lực học ảnh hưởng ñến ñất lòng ñường. Trong thiết kế nền ñường thông thường, lấy tải trọng ñộng ñể tính toán tải trọng tĩnh. 3. Yêu cầu trong xây dựng nền ñường Căn cứ vào những ñặc ñiểm nêu trên của nền ñường, ñể bảo ñảm cho nền ñường làm việc bình thường thì nền ñường cần những yêu cầu sau: 3.1. Nền ñường phải phẳng, mặt nền ñường ñủ rộng Trạng thái bằng phẳng của nền ñường là chỉ cao ñộ vai ñường, vị trí bình diện và bình ñồ, tuyến phù hợp thiết kế mặt cắt dọc. Vị trí bình diện nền ñường dùng tim ñường biểu thị. Bề rộng nền ñường thoả mãn yêu cầu ñể ñặt kết cấu tầng trên và bảo ñảm cho ñoàn tầu khai thác chạy an toàn và duy tu bảo dưỡng ñường, khi phía trên mặt nền ñường hoặc hai bên có công trình kiến trúc thì phải ñối chiếu với quy ñịnh về giới hạn của ñường sắt hoặc ñường bộ ñặt ngoài phạm vi giới hạn. 3.2. Nền ñường phải kiên cố, ổn ñịnh Trong qua trình khai thác không cho phép nền ñường mất ổn ñịnh và phát sinh biến dạng ngoài phạm vi cho phép. Khi khảo sát do chưa ñiều tra, thăm dò chính xác ñịa chất hoặc thiết kế thi công chưa ñầy ñủ theo ñúng quy trình sẽ dẫn ñến nền ñường mất ổn ñịnh, nền ñắp xây dựng trên móng ñất yếu chiều cao ñắp 2 ~ 3m mà cùng với móng chuyển ñộng trượt ảnh hưởng phạm vi hướng ngang dài lớn hơn một trăm mét, trường hợp này chưa xây xong nền ñường ñã phá hoại thì không sử dụng ñược. Do ñất ñáy nền ñường tính ép lún lớn, ñộ chặt không ñảm bảo dẫn ñến lượng lún dự tính không ñủ. Do vậy, trong thiết kế nền ñường cần sử dụng các công nghệ xây dựng cần thiết ñể ñảm bảo cho nền ñường có ñủ cường ñộ và tính ổn ñịnh. 3.3. Yêu cầu thiết kế và thi công nền ñường ñảm bảo kinh tế kỹ thuật Hiệu quả và lợi ích xây dựng, duy tu sửa chữa nền ñường không chỉ là sự ñầu tư cho thiết kế và thi công mà còn bao gồm các phí tổn duy tu bảo dưỡng trong khai thác. ðồng thời còn căn cứ vào chính sách của quốc gia trong quy hoạch phát triển khi xây dựng sẽ chiếm dụng ñất ñai không ảnh hưởng ñến lợi ích sản xuất công, nông nghiệp của nhân dân. Nñs.12 nhieu.dcct@gmail.com Tóm lại, xây dựng nền ñường là một hạng mục công trình chiếm khối lượng lớn, yêu cầu kỹ thuật hợp lý, tính toán cân ñối về kinh tế, thời gian xây dựng ngắn và có sự hài hoà giữa các công việc có xây dựng liên quan với nhau. 4. Phân loại thiết kế nền ñường Thiết kế nền ñường phải phân làm hai loại là thiết kế thông thường và thiết kế ñặc biệt. Thiết kế thông thường trong ñiều kiện ñịa chất thuỷ văn, ñịa chất công trình bình thường, chiều cao ta luy không vượt quá “quy phạm thiết kế nền ñường sắt khổ tiêu chuẩn” (TB10001- 99 của Trung Quốc) ñã quy ñịnh về phạm vi bảng ñộ dốc ta luy có thể sử dụng phương pháp thi công thông thường ñể thi công nền ñường. Thiết kế nền ñường thông thường có thể sử dụng thiết kế tiêu chuẩn. Loại nền ñường này trên tuyến ñường hay gặp, khối lượng công trình rất lớn. Thiết kế ñặc biệt nền ñường là ngoài thiết kế thông thường, nền ñường dưới các ñiều kiện sau: - ðiều kiện ñịa chất công trình, thuỷ văn phức tạp, chiều cao ta luy nền ñường vượt quá quy ñịnh ở bảng 1-9; 1-18. - Nền ñường xây dựng trên sườn dốc. “Sườn dốc” là chỉ dốc ngang mặt ñất bằng 1:2, 5 nếu vật liệu ñắp và ñáy nền ñều là ñá không phong hoá thì “sườn dốc” chỉ dốc ngang mặt ñất bằng 1: 2 hoặc dốc lớn hơn 0. - Nền ñường dưới các ñiều kiện ñặc thù như: Khoảng ñất nghiêng trượt, khoảng ñất vỡ vụn, khoảng ñất là ñống nham thạch, khu vực ñất ñá trôi, khu vực hồ chứa nước, khoảng ñất bãi sông và bờ sông, khu vực ñất yếu, khu vực ñất dính rỗng nứt, khu vực Các–xtơ (hang ñộng do nham thạch bị bào mòn, xâm thực...) và các hang ñộng khác. - Công trình gia cố phòng hộ nền ñường và cải tạo di chuyển các hệ thống thuỷ lợi. - Nền ñường sử dụng phương pháp thi công phá nổ lớn. Nền ñường thiết kế ñặc biệt cần làm tốt công tác ñiều tra ñịa chất công trình, thuỷ văn, kiểm toán thiết kế mặt cắt nền ñường, dốc ta luy và ñáy nền. Khi sử dụng các biện pháp gia cố phòng hộ thường làm các phương án so sánh tổng hợp kinh tế, kỹ thuật ñể ñảm bảo chắc chắn tính ổn ñịnh, kiên cố nền ñường. 5. Trình tự thiết kế nền ñường thông thường 5.1. Số liệu cần thiết cho thiết kế - Tài liệu về tuyến ñường và tải trọng ñoàn tầu, bản vẽ bình ñồ, trắc dọc, trắc ngang. ðoạn ñường thiết kế cá biệt cần có bình ñồ với tỷ lệ lớn. - Tài liệu ñịa chất: Các tài liệu về bình ñồ ñịa chất tuyến ñường, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, báo cáo thuyết minh ñịa chất công trình và nước ngầm, vị trí mực nước ngầm, hướng dòng chảy, hệ số thẩm thấu. Nñs.13 nhieu.dcct@gmail.com - Tài liệu khí tượng thuỷ văn: Trong ñó bao gồm về lượng mưa hàng năm, ñộ ẩm, hướng và vận tốc gió. Về thuỷ văn bao gồm các tài liệu cần thiết về vị trí thấp nhất và cao nhất của nước sông trong ñoạn ñường thiết kế, hướng chảy, tốc ñộ chảy, chiều cao sóng và các tài liệu cần thiết cho thiết kế phòng hộ xói lở. - Các tài liệu khác: yêu cầu về nhiệm vụ thiết kế, phân bố vật liệu xây dựng và tài liệu ñiều tra của tuyến ñường như: ñộ dốc dọc, cao ñộ, lý trình, các loại cầu, cống, hầm, nhà ga. 5.2. Hồ sơ thiết kế nền ñường Xây dựng mới hoặc cải tạo tuyến ñường chính, nhánh, ñường chuyên dụng, khu ñầu mối trọng yếu, cầu lớn.... thường sử dụng thiết kế hai giai ñoạn: Thiết lập dự án nghiên cứu khả thi, thiết kế kỹ thuật thi công, nguyên tắc thiết kế, mô hình thiết bị chính, quy mô và ñưa ra ñược khối lượng công trình: Vật tư, thiết bị máy móc, nguồn lao ñộng cho các phương án, số lượng diện tích ñất phải dùng và lập khai toán công trình. Thiết kế thi công chủ yếu lập bản vẽ thi công, biểu ñồ hạng mục công trình xây dựng, thiết bị và công trình xây dựng phụ trợ, khối lượng công trình và thuyết minh bàn giao thi công. ðối với công trình ñơn giản, nguyên tắc thiết kế chủ yếu ñã xác ñịnh ñược ñối tượng thiết kế, có thể sử dụng thiết kế một giai ñoạn. 5.3. Nội dung thiết kế chủ yếu - Thuyết minh thiết kế: thuyết minh ñịa hình, ñịa chất và nguyên tắc thiết kế của ñoạn ñường trong thiết kế nền ñường. - Bản vẽ thiết kế: bao gồm thiết kế mặt cắt ngang nền ñường thông thường, hệ thống thoát nước, nền ñường thiết kế ñặc biệt cần phải có bình ñồ (tài liệu ñịa chất kèm theo), mặt cắt dọc, cắt ngang với bản vẽ tỷ lệ lớn. - Khối lượng công trình, số lượng vật tư, công cụ máy móc và tính toán công trình. Trình tự công tác thiết kế nền ñường là: căn cứ vào yêu cầu nhiệm vụ thiết kế, khảo sát ñầy ñủ tài liệu và tình hình của ñoạn ñường thiết kế, căn cứ vào tình hình về ñịa hình, ñịa chất, khí tượng thuỷ văn ñã có, trên cơ sở ñáp ứng ñầy ñủ sự ổn ñịnh và kinh tế ñối với ñối tượng thiết kế ñưa ra các phương án thiết kế ñể lựa chọn. Sau khi phương án ñược xác ñịnh sẽ lập khối lượng; vật tư, máy móc và dự toán công trình. Nñs.14 nhieu.dcct@gmail.com Chương 1 Cấu tạo và thiết kế nền ñường sắt thông thường Nền ñường sắt là cơ sở của các bộ phận kết cấu tầng trên, trạng thái tốt xấu của nền ñường ảnh hưởng trực tiếp ñến ñường ray, lớp ñá ba lát và dẫn ñến trạng thái hoàn chỉnh của tuyến ñường. Do vậy, thiết kế nền ñường phải ñáp ứng ñầy ñủ các ñiều kiện: ổn ñịnh, kiên cố, không sinh ra các biến dạng có hại của tuyến ñường, ñồng thời còn yêu cầu về ñiều kiện kinh tế kỹ thuật, xác ñịnh thời gian thi công, tiết kiệm sử dụng chiếm ñất. Thực hiện những yêu cầu này thể hiện ở thiết kế mặt cắt ngang nền ñường vuông góc với ñường tim của tuyến ñường. 1.1. Các dạng và cấu tạo mặt cắt ngang nền ñường 1.1.1. Hình dạng mặt cắt ngang nền ñường 1. Nền ñắp Khi ñường ray hoặc mặt nền ñường cao hơn mặt ñất tự nhiên, nền ñường ñược xây ñắp mà thành, loại nền ñường này gọi là nền ñắp (hình 1-1a) 2. Nền ñào Khi ñường ray hoặc mặt nền ñường thấp hơn mặt ñất tự nhiên, nền ñường lấy phương thức ñào mà thành, loại nền này gọi là nền ñào (hình 1-1b). 3. Nền nửa ñắp Khi mặt ñất tự nhiên nghiêng theo hướng ngang, ñường biên mặt nền ñào và mặt ñất tự nhiên giao nhau, bộ phận trên tuyến giao nhau giữa nền ñắp ở mặt ñất và mặt nền ñường không có công trình xây ñắp loại nền này gọi là nền nửa ñắp (hình 11c). 4. Nền nửa ñào Khi nền ñường tự nhiên nghiêng theo hướng ngang, một bên của mặt nền ñường ñào không có khối lượng ñào, loại nền này gọi là nền nửa ñào (hình 1-1d). 5. Nền nửa ñào nửa ñắp Khi mặt ñất tự nhiên nghiêng theo hướng ngang, một bộ phận của nền ñường lấy phương thức xây ñắp mà thành một bộ phận ñắp và lấy phương thức ñào mà thành mặt ñường ñào thì gọi là nền nửa ñào nửa ñắp (hình 1-1e). 6. Nền ñường không ñào không ñắp Nñs.15 nhieu.dcct@gmail.com Khi mặt nền ñường và mặt ñất móng tự nhiên (ñủ cường ñộ) ñã qua dọn sạch bằng phẳng, nền ñường không ñắp, không ñào các khối ñất thì loại nền ñường này gọi là nền ñường không ñào không ñắp (hình1f) 1.1.2.Cấu tạo cơ bản mặt cắt ngang nền ñường Nền ñường do hai bộ phận hợp thành là bản thân nền ñường và công trình nhân tạo nền ñường. 1.1.2.1. Bản thân nền ñường Hình 1-1. Hình dạng mặt cắt ngang nền ñường Hình 1-2. Bản thân nền ñường Trong ñó: B – chiều rộng nền ñường; b – vai ñường; H – chiều cao ñào hoặc ñắp tim ñường; h – chiều cao ta luy nền ñường. Trong các loại hình dạng nền ñường bộ phận theo yêu cầu thiết kế tuyến ñường ñể ñặt ñược kết cấu tầng trên gọi là bản thân nền ñường. Trong mặt cắt nền ñường, bộ phận bản thân nền ñường do các bộ phận: Mặt ñỉnh nền ñường, vai ñường, lòng ñường, ta luy, ñáy nền ñường tạo thành (hình 1-2a, b). 1. Mặt ñỉnh nền ñường Nñs.16 nhieu.dcct@gmail.com Bộ phận trực tiếp ñặt của các bộ phận kết cấu tầng trên lên mặt của nó cùng với vai ñường hợp thành gọi là mặt ñỉnh nền ñường hoặc gọi tắt là mặt nền ñường ñào, ñắp. 2. Vai ñường Trong mặt ñỉnh nền ñường sắt, ngoài bộ phận che phủ lòng ñường gọi là vai ñường. Tác dụng của nó là bộ phận bảo vệ phần tâm chịu lực nền ñắp, ngăn cản ñá dăm lăn rơi, bảo trì mặt nền thoát nước, ñể cho nhân viên bảo dưỡng duy tu ñi lại tránh tầu, mặt bằng ñặt máy móc, vật tư ñể bảo dưỡng ñường, chôn lắp các thiết bị biển báo, tín hiệu thông tin... Trong thiết kế tuyến ñường, cao ñộ thiết kế của nền ñường lấy biểu thị cao ñộ sát mép vai ñường gọi là cao ñộ vai ñường. 3. Lớp ñệm nền Phạm vi ñộ sâu từ mặt ñỉnh nền ñường chịu tác dụng của tải trọng ñộng của tầu và ảnh hưởng biến dạng do khí hậu mưa gây nên ở phía dưới mặt nền ñường sắt gọi là lớp ñệm nền. Trạng thái của lớp ñệm nền ảnh hưởng trực tiếp ñến sự ổn ñịnh và nâng cao tốc ñộ chạy tầu, trong thiết kế nên thực hiện ñầy ñủ những quy ñịnh về ñộ dày, lớp ñệm nền, vật liệu ñắp và ñộ ñầm chặt, thoát nước tốt... 4. Ta luy Hai bên sườn mặt cắt ngang nền ñường gọi là ta luy nền ñường. Giao ñiểm của ta luy với mặt ñỉnh nền ñường gọi là ñỉnh vai. Giao ñiểm của ta luy và mặt ñất ở nền ñắp gọi là chân ñắp, ở nền ñào gọi là ñỉnh ta luy nền ñào, sự chênh lệch giữa cao ñộ của nó và cao ñộ vai ñường là chiều cao ta luy nền ñường. Chiều cao ta luy nền ñắp là sự chênh lệch giữa cao ñộ vai ñường với cao ñộ chân ta luy. 5. ðáy nền ðáy nền là móng của nền ñắp, cũng là bộ phận ñất ở dưới mặt ñất ñắp tự nhiên của nền ñắp, chịu tải trọng của ñất ñắp và kết cấu tầng trên, chịu ảnh hưởng của tải trọng ñộng ñoàn tầu. Tính ổn ñịnh chắc chắn của ñất ở bộ phận ñáy nền ñối với bản thân nền ñường là mấu chốt quan trọng dẫn ñến tính ổn ñịnh của ñường ray, ñặc biệt là xây dựng nền ñắp trên ñáy nền ñất mềm yếu, tất nhiên là phải xử lý thoả ñáng ñáy nền ñể tránh nguy hiểm cho ñoàn tầu vận hành ñược an toàn. 1.1.2.2. Công trình nền ñường Công trình nền ñường là bộ phận tạo thành nền ñường, ñể bảo vệ ổn ñịnh vững chắc của nền ñường là công trình thoát nước và phòng hộ. Công trình thoát nước của nền ñường phân thành hai loại là thiết bị thoát nước mặt và thiết bị thoát nước ngầm. Thiết bị thoát nước mặt ñất dùng ñể chặn dòng chảy ở mặt ñất, gom tụ nước mưa trong phạm vi nền ñường lại và chảy ra các hố thoát nước tự nhiên, ñề phòng ở nước mặt thấm ướt, xói lở nền ñường làm ảnh hưởng ñến trạng thái ổn ñịnh của nền ñường. Công trình thoát nước ngầm dùng ñể chặn nước ngầm và hạ thấp mực nước ngầm, ñể cải thiện ñiều kiện làm việc của ta luy nền ñường và ñất móng, phòng trừ hoặc tránh ñể mạch nước ngầm ảnh hưởng có hại ñến thế móng và bản thân nền ñường. Nñs.17 nhieu.dcct@gmail.com Công trình phòng hộ nền ñường dùng ñể phòng chống hoặc làm suy yếu các nhân tố tự nhiên do thời tiết xấu gây nên làm ảnh hưởng có hại trực tiếp hoặc gián tiếp cho bản thân nền ñường. Các loại hình của công trình phòng hộ nền ñường có rất nhiều: Công trình phòng hộ thường dùng là phòng hộ ta luy và phòng hộ xói lở. ðể phòng trừ cho ta luy nền ñường và chân dốc không bị nước mưa làm mòn ở mặt dốc, phòng trừ mưa lớn thấm dẫn ñến sự tuần hoàn khô, ướt của ñất, phòng trừ sự thay ñổi của nhiệt ñộ không khí dẫn ñến các nhân tố biến dạng ñông cứng hoặc tan ra làm ảnh hưởng ñến sự ổn ñịnh vững chắc của ta luy, thường sử dụng phòng hộ mặt ta luy. ðể phòng trừ nước sông không ngừng xói lở và sóng vỗ vào ta luy thì chân ta luy lắp ñặt phòng hộ xói lở. Vị trí và loại hình phòng hộ ñược xác ñịnh qua quy luật vận ñộng thường thấy của dòng nước và yêu cầu phòng hộ. Loại hình phòng hộ nền ñường dưới ñiều kiện ñặc biệt lại càng nhiều như: tại khu vực ñất ñá trôi, ñề phòng sự uy hiếp của ñá trôi ñối với nền ñường thường lắp ñặt các ñập ngăn giữ, khai thông mương máng thoát nước dọc và ngang, tại khu vực có gió cát thường dùng các loại công trình phòng chống cát ñể cố ñịnh cát không tràn vào ñường. Công trình gia cố nền ñường là dùng ñể gia cố bản thân nền ñường hoặc công trình móng trong công trình nền ñường có các biện pháp gia cố móng như phòng hộ ta luy tường chắn, xếp ụ ñá, cọc chống trượt và các biện pháp khác. Thiết bị gia cố nền ñường là một biện pháp có hiệu quả ñể nâng cao ñộ ổn ñịnh của nền ñường. 1.1.2.3. Mặt cắt ngang nền ñường sắt Trong công trình nền ñường sắt có các loại biện pháp phòng hộ và gia cố bản thân nền ñường, trong thiết kế có các yêu cầu về thiết kế giống nhau, hoặc các tình huống cơ bản giống nhau. ðể giảm bớt hoặc tránh làm cho công tác tính toán thiết kế thêm phức tạp, ñem các loại thiết kế thường gặp và các bản vẽ thông dụng làm thành bản vẽ tiêu chuẩn có thể trực tiếp sử dụng. Thiết kế mặt cắt ngang nền ñường tiêu chuẩn là căn cứ vào quy ñịnh tiêu chuẩn thiết kế của cấp ñường sắt như: cao ñộ taluy nền ñường, ñộ dốc công trình thoát nước mặt, xử lý ñáy nền ñắp, hố ñấu ở nền ñắp và vị trí của ñống ñất bỏ ñi ở nền ñào... ñể lập thành bản vẽ mặt cắt ngang của thiết kế nền ñường tiêu chuẩn có thể dùng ñể xây mới nền ñường sắt mà ñiều kiện ñịa chất công trình và ñịa chất thuỷ văn tốt, chất ñất ñồng nhất, biện pháp thi công thông thường... Khi ñiều kiện mặt cắt thiết kế và ñiều kiện sử dụng của thiết kế tiêu chuẩn giống nhau, có thể trực tiếp sử dụng mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñường, không cần phải làm thêm các tính toán thiết kế khác. 1. Mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñắp Mặt cắt ngang thiết kế tiêu chuẩn của nền ñắp căn cứ vào loại ñất, dốc hướng ngang mặt ñất với cao ñộ ta luy. Hình 1-3a, b là thiết kế mặt cắt tiêu chuẩn nền ñắp của ñất sét thông thường với chiều cao ta luy không lớn hơn 8m, dốc ngang của mặt ñất iTN ≤ 1:10, thiết kế hai mặt bên có hố ñấu lấy ñất và iTN lớn 1:5 - 1:1.25 thì phải ñánh cấp Nñs.18 nhieu.dcct@gmail.com Hình 1-3. Mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñắp Khi tiến hành thiết kế mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñường, trên phương diện thoát nước chỉ cần xét ñến ảnh hưởng của mưa lớn. ðối với nền ñắp công trình thoát nước mặt ñất là hố máng thoát nước hoặc ñào thông qua các hố ñấu lấy ñất theo quy ñịnh. Khi mặt ñất có dốc ngang thì máng thoát nước hoặc hố ñấu lấy ñất ñể thoát nước nên ñặt ở bên sườn cao ñón nước của nền ñắp. Khi mặt ñất nghiêng theo hướng ngang không rõ ràng, có thể làm rãnh thoát nước cả hai bên nền ñắp. Kích thước rãnh thoát nước thông thường là bề rộng ñáy rãnh 0, 4m, sâu 0, 6m. Nếu khi lượng nước tụ lại quá lớn mà có khả năng tràn thì nên căn cứ vào lưu lượng chảy của dòng chảy tại bên ñón nước làm thêm một hoặc một số rãnh cắt nước hoặc mở rộng mặt cắt rãnh. Khoảng cách từ rãnh thoát nước hoặc hố ñấu lấy ñất ñến chân nền ñắp gọi là hộ ñạo tự nhiên, bề rộng của nó thông thường không nhỏ hơn 2m. ðường bảo hộ là ñể làm cho nước trong rãnh nước hoặc trong hố ñấu không ảnh hưởng ñến ổn ñịnh của nền ñắp. Bên không có rãnh nước hoặc hố ñấu lấy ñất thì cũng nên có ñường bảo hộ, ñể tránh cho nước mưa thấm vào chân ñắp và nước tích tụ ở ñồng ruộng sinh ra những ảnh hưởng bất lợi cho nền ñắp. Tại những ñoạn có ñiều kiện ñịa chất và thoát nước tốt hoặc những ñoạn ñồng ruộng có sản lượng kinh tế cao, nếu khi sử dụng biện pháp nhất ñịnh ñủ ñể bảo ñảm sự ổn ñịnh của nền ñắp thì ñộ rộng của ñường bảo vệ tự nhiên có thể giảm ñến 1, 0m. Khoảng cách từ rãnh thoát nước hoặc hố ñấu lấy ñất ñến giới hạn chiếm ñất không nhỏ hơn 1, 0m ñể ñảm bảo vách rãnh ñược ổn ñịnh. 2. Mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñào Nñs.19 nhieu.dcct@gmail.com Mặt cắt ngang thiết kế tiêu chuẩn của nền ñào căn cứ và ñiều kiện ñịa chất có dạng: (hình 1-4a) là mặt cắt ngang thiết kế tiêu chuẩn nền ñào của ñất sét thông thường có ñống ñất thừa; (hình 1-4b) là mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñào của ñất cát vừa và cát thô không có ñống ñất thừa; (hình 1-4c) là mặt cắt ngang thiết kế tiêu chuẩn nền ñào chất ñá. Rãnh thoát nước ở hai bên mặt ñường trong hình vẽ gọi là rãnh biên, dùng ñể thoát nước mặt ở mặt nền ñường và trên ta luy. Rãnh biên nền ñào của loại ñất dính thông thường hoặc ñất cát nhỏ thì bề rộng ñáy không nên nhỏ hơn 0, 6m, ñộ sâu rãnh ở khu vực khô ráo ít mưa có thể giảm ñến 0, 4m. Ta luy rãnh ñất sét thông thường phía trên tuyến ñường là 1:1, phía ruộng hay ñất hoang giống như ta luy thiên nhiên. Rãnh biên nền ñào ñá có thể xây dựng thành dạng máng, chiều rộng ñáy và ñộ sâu ñều không nhỏ hơn 0, 4m. Dốc dọc rãnh thông thường giống như dốc dọc tuyến ñường ñoạn nền ñào, nếu dốc dọc của tuyến bằng 0 hoặc nhỏ hơn 0, 2% thì rãnh biên có thể làm thành một mặt dốc hoặc hai mặt dốc, hai mặt dốc thường dùng với rãnh biên nền ñào dài ñể tránh cho ñoạn phía dưới rãnh ñào quá sâu, tại ñiểm phân thuỷ của rãnh hai mặt dốc, ñộ sâu của rãnh có thể giảm ñến 0, 2m. ðiều kiện khó khăn dốc ñáy rãnh biên có thể giảm ñến 0, 1%. Nñs.20 nhieu.dcct@gmail.com Bộ phận ngoài ñỉnh biên nền ñào gọi là ñỉnh nền ñào, ñất ñổ ở vị trí ngoài bỏ ñi ở ñỉnh nền ñào ñắp thành ñống ñất thừa. ðể bảo ñảm ổn ñịnh ta luy nền ñào giữa chân trong ñống ñất thừa ñến bờ ñỉnh ñào nên có một khoảng cách nhất ñịnh. Khoảng cách này tuỳ thuộc ñộ cao ta luy và ñiều kiện ñịa chất của ta luy quyết ñịnh, thông thường 2 ~ 5m. Nếu không có ñống ñất thừa thì khoảng cách giữa bờ ñỉnh nền ñào ñến mép bên của rãnh ñỉnh thông thường không nhỏ hơn 5m. Nếu ñiều kiện ñịa chất tốt ta luy ñào không cao hơn hoặc rãnh ñỉnh xây lát có thể giảm ñến còn 2m. Khoảng cách giữa rãnh ñỉnh trên ñất hoàng thổ ẩm ñến bờ ñỉnh nền ñào thông thường không nhỏ hơn 10m, và nên gia cố chống thấm. ðể ñảm bảo tính ổn ñịnh cho bản thân ñống ñất thừa thì ta luy của nó không ñược dốc hơn 1:1, chiều cao không nên vượt quá 3m, mặt ñón nước sườn núi ñống ñất thừa nên ñắp dài liên tục. Hình 1-4(a, b, c). Mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền ñào (m) Mặt ñất ở giữa ñống ñất thừa với mép bên ñỉnh nền ñào nên san phẳng dốc xuống ñể thoát nước, khi cần thiết mặt ñất chỗ này và ta luy rãnh ñều gia cố phòng hộ. Khi ñống ñất thừa ở sườn dưới của dốc núi, nên cắt ñoạn ñống ñất thừa, cứ 50 ~ 100m thì ñể một cửa rộng hơn 1m ñể thoát nước mặt ở mặt trong ñống ñất thừa. Khi ñổ ñất thừa ở ven sông, tránh cho ñất ứ ñọng ô nhiễm dòng sông thì cần thiết ñắp bờ chắn. Nñs.21 nhieu.dcct@gmail.com 1.2. Mặt nền ñường và lớp ñệm nền 1.2.1. Hình dạng và chiều rộng mặt nền ñường 1.2.1.1. Hình dạng mặt nền ñường Mặt nền ñường có cần làm mui luyện hay không nền căn cứ vào tính thấm nước của vật liệu ñắp làm nền và khả năng thoát nước ñể quyết ñịnh. Với nguyên liệu ñắp mà dễ thấm nước phải làm mui luyện, làm cho nước tích tụ dưới lòng ñường có thể nhanh chóng thoát ra hai sườn của nền ñường ñể ñảm bảo sự khô ráo của mặt nền ñường, ñề phòng nền ñường thấm nước, cường ñộ giảm là nguyên nhân sinh ra các bệnh hại. Còn các vật liệu ñắp có tính thấm nước tốt, nước thấm vào mặt nền ñường có thể nhanh chóng thấm xuống thì không cần làm mui luyện, nham thạch (trừ nham thạch chất bùn dễ phong hoá ở khu vực mà lượng nước mưa bình quân hàng năm lớn hơn 400mm) do có tính ổn ñịnh tốt, không sợ nước xâm thực, cũng không cần làm mui luyện. Do vậy hình dạng mặt nền ñường có thể phân hai loại là có mui luyện và không có mui luyện. 1. Loại có mui luyện Là mặt nền ñường không thấm nước và mặt nền ñường dùng lớp phủ kín xử lý cần làm mui luyện. Hình dạng mui luyện là hình tam giác và hình thang, mui luyện nền ñường ñơn cao 0, 15m, mui luyện nền ñường ñôi cao 0, 20m, ñáy bằng bề rộng nền ñường, khi mở rộng nền ñường ở ñường cong vẫn phải bảo trì hình tam giác (hình 1-5). B – Chiều rộng nền ñường. Hình 1-5. Mui luyện nền ñường ñơn và ñôi. 2. Loại không có mui luyện Là mặt ñường ñất thấm nước và nham thạch ñều là mặt bằng phẳng. Vai ñường của nó nên cao hơn vai ñường của nền ñường ñất không thấm nước, kích thước chiều cao ∆h ñược tính theo công thức dưới ñây. ∆h = ( h1 – h1’ ) + ∆. Trong ñó: h1 - chiều dày ba lát của nền ñường ñất không thấm nước (m). h1’- ñộ dày ba lát của nền ñường ñất thấm nước (m). ∆ - chiều cao mui luyện dưới ñường ray (m). ðoạn giữa nền ñường có mui luyện và không có mui luyện vì hình dạng chiều dày và bề dày mui luyện của hai loại mặt ñỉnh nền ñường không giống nhau, nên ñặt ñoạn quá ñộ bằng ñể làm cho mặt nền ñường không mui luyện hạ thấp theo dốc và Nñs.22 nhieu.dcct@gmail.com mặt nền ñường có mui luyện nối tiếp nhau, ñộ dài ñoạn quá ñộ không nên nhỏ hơn 10m (hình 1-6). Mặt ñỉnh nền ñường nhà ga, do tuyến ñường sắt trong ga có nhiều ñường, có thể dựa vào yêu cầu thoát nước và ñiều kiện ñịa hình thiết kế một mặt dốc hoặc hai mặt dốc hoặc hình răng cưa. ðộ dốc thoát nước theo hướng ngang của mặt nền ñường là 2% ~ 4% (hình 1-7). Hình 1-6. Nối tiếp giữa nền ñường ñất không thấm nước và ñất thấm nước. Hình 1-7. Mặt nền ñường dạng răng cưa của ñường trong ga. 1.2.1.2. Chiều rộng mặt nền ñường sắt 1. Chiều rộng mặt nền ñường sắt Chiều rộng mặt nền ñường sắt ở khu gian cần căn cứ vào cấp ñường sắt, số ñường chính, khoảng cách tim ñường, loại ñường ray sử dụng trong tương lai; hình dạng mặt nền ñường, ñộ mở rộng ở ñường cong, bề rộng vai ñường... ñể làm cơ sở tính toán: Chiều rộng vai ñường: ðường sắt cấp I, trường hợp bình thường, nền ñắp không nên nhỏ hơn 0, 8m, ñiều kiện khó khăn nền ñào không ñược nhỏ hơn 0, 6m. ðường sắt cấp II, nền ñắp không ñược nhỏ hơn 0, 6m, nền ñào không ñược nhỏ hơn 0, 4m. Chiều rộng mặt nền ñường ñoạn tuyến thẳng ở khu gian khổ ñường tiêu chuẩn (bảng1-1). Ngoài số liệu kích thước (bảng 1-1), nền ñường khổ tiêu chuẩn còn bổ sung một số yêu cầu sau: - Trị số bề rộng trong bảng theo chiều rộng ñỉnh lớp ñá dăm tuyến thông thường ñể tính toán. Khi ñặt ñường sắt không khe nối, bề rộng mặt nền ñường dùng ray loại nặng ñặc biệt và nặng ñồng ñều nên tăng thêm 0,2m, bề rộng mặt nền ñường dùng ray loại nặng vừa nên tăng thêm 0,3m. Nñs.23 nhieu.dcct@gmail.com - ðiều kiện khó khăn, khi bề rộng vai ñường là nền ñắp 0, 6m, nền ñào 0, 4m thì bề rộng mặt nền ñường sắt cấp I có thể giảm xuống 0, 4m. - Khoảng cách từ tim tuyến ñường ñến ta luy ñào theo ñáy tà vẹt, một bên không nên nhỏ hơn 3, 5m ở ñoạn ñường cong bên ngoài ñường ray, hai bên nền ñào ñường ñôi không nên nhỏ hơn 3, 5m. - Loại ñất không thấm nước trong bảng là chỉ ñất có sét (ñất hạt nhỏ trong vật liệu ñắp), cát bột ( cát bột, cát dính trong vật liệu ñắp) và các loại ñất cát hàm lượng ñất dính lớn hơn hoặc bằng 15% (sỏi sạn và ñất hạt thô trong vật liệu ñắp trừ ñất cát dính, cát bột trong ñất hạt thô). - ðá dễ phong hoá ở khu vực mà lượng mưa hàng năm lớn hơn 400mm có thể coi như ñất không thấm nước. - Khi tuyến ñường sắt không sử dụng biểu tiêu chuẩn (bảng 1-1) ñể thiết kế ñối với tuyến ñường yêu cầu ñặc biệt và các tuyến ñường khác khổ ñường tiêu chuẩn thì có thể lập ra công thức chiều rộng mặt nền ñường rồi tính toán. ðể ñáp ứng bề rộng che phủ lòng ñường riêng biệt và các yêu cầu về bề rộng vai ñường ñược xác ñịnh theo công thức sau: - Chiều rộng mặt nền ñường ñất không thấm nước ñường ñơn B = A + 2.x + 2.C (hình 1-8a) (1-1) Trong ñó: B – chiều rộng mặt nền ñường. A – chiều rộng mặt ñỉnh nền ñá ba lát. m – ñộ dốc mái ñá. h1 – chiều dày nền ñá ba lát dưới ñáy tà vẹt tại tim ray ñến nền ñường. h2 – chiều dày ñá ba lát ñầu tà vẹt. S1 – cự ly tim hai ray. x – khoảng cách từ vai ñá ñến chân ñá ba lát. 0.15S1 + 0.3C   x = m h1 + h2 + 0.15 −  B   Nñs.24 nhieu.dcct@gmail.com N s.26 nhieu.dcct@gmail.com III II I Cấp ñường 0.50 0.45 0.45 0.40 0.40 0.35 Loại nặng vừa Loại nặng vừa Loại trung Loại trung Loại nhẹ 0.50 ðộ dày lớp ñá dăm (m) Loại nặng Loại nặng ñặc biệt Loại ray 5.6 6.2 6.5 6.7 7.1 7.5 7.5 Nền ñắp 5.6 6.2 6.1 6.3 6.7 7.1 7.1 Nền ñào Chiều rộng mặt nền ñường ðất không thấm nước 0.25 0.30 0.30 0.30 0.30 0.35 0.35 ðộ dày lớp ñá dăm (m) 5.0 5.5 5.9 5.9 6.3 6.6 6.6 Nền ñắp 5.0 5.5 5.5 5.5 5.9 6.3 6.2 Nền ñào Chiều rộng mặt nền ñường ðất thấm nước, nham thạch ðường ñơn 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.50 0.50 ðộ dày lớp ñá dăm (m) 11.3 11.3 11.3 11.3 11.3 11.6 11.6 Nền ñắp 10.9 10.9 10.9 10.9 10.9 11.2 11.2 Nền ñào Chiều rộng mặt nền ñường Bảng 1-1 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.35 0.35 ðộ dày lớp ñá dăm (m) 10.3 10.3 10.3 10.3 10.3 10.6 10.6 Nền ñắp N®s.20 9.9 9.9 9.9 9.9 9.9 10.2 10.2 Nền ñào Chiều rộng mặt nền ñường ðất thấm nước, nham thạch ðường ñôi ðất không thấm nước Chiều rộng mặt nền ñường tiêu chuẩn Lấy x thay vào công thức (1-1): B2 – M.B + N = 0 và (1-2) M ± M 2 − 4N B= 2 Trong ñó: M = A + 2C +2m(0, 15 + h1 +h2) N = m(0, 6C + 0, 45) Chiều rộng mặt nền ñường ñất thấm nước, nham thạch ñường ñơn (hình 1-8b) là. B = 2[(h1+ h2)m + C] + A Chiều rộng mặt nền ñường ñất k hông thấm nước ñường ñôi (1-3) (hình 1-8c) là. B = D + A + 2x +2C (1-4) Trong ñó: 0.2(D − S1 ) + 0.4C   x = m h1 + h2 + 0.2 −  B   D – khoảng cách tim ñường ñôi, D ≥ 4, 0m h1 – chiều dày lớp ñá ba lát dưới ñáy tà vẹt tại tim ray ñến nền ñường. S1 – cự ly tim hai ray Thay x vào công thức (1-4) và chỉnh lý ñược: B2 –MB + N = 0 (1-5) Do vậy B= M ± M 2 − 4N 2 Trong ñó: M = D + A +2C +2m(0, 2 + h1 + h2). N = m(0, 4D + 0, 8C – 0, 6). - Chiều rộng mặt nền ñường ñất thấm nước nham thạch ñoạn thẳng ñường ñôi là chiều rộng mặt ñường nham thạch ñường ñơn cộng 4, 0m. (1-6) B = 2[(h1 + h2).m + C] + A + 4, 0m 2. Mặt nền ñường ñoạn cong ở khu gian khổ tiêu chuẩn ở ñường cong do ray phía ngoài ñường cong ñặt siêu cao, lớp ñá dăm phía ngoài tôn cao ñể tạo ñộ siêu cao, nên chân nền ñá dăm dịch chuyển ra ngoài vì thế mặt nền ở ngoài ñường cong mở rộng, trị số mở rộng dựa vào ñộ siêu cao cho phép lớn nhất của ñường sắt các cấp ñể tính toán. Trị số mở rộng mặt nền ñường ngoài ñường cong tròn, còn mở rộng phạm vi ñường cong chuyển tiếp giảm dần ra ñường thẳng. ðoạn ñường cong ñơn ở khu gian quy ñịnh trị số mở rộng mặt nền ñường (bảng 1-2). Nñs.27 nhieu.dcct@gmail.com Trị số mở rộng nền ñường tiờu chuẩn ñường ñơn Bảng 1-2 ðộ mở rộng (m) Cấp ñườn g R ≤ 800 0.5 III 800 < R ≤ 1000 1000 < R ≤ 1600 Cấp ñường I và II Bán kính cong R(m) Bán kính cong R(m) ðộ mở rộng (m) R ≤ 600 0.5 0.4 600 < R ≤ 800 0.4 0.3 800 < R ≤ 1000 0.3 1600 < R ≤ 6000 1000 < R ≤ 2000 0.2 60000 dβ dβ 2 K = f(β) (1-12) Tức là có thể tìm ñược góc nghiêng nguy hiểm nhất β = β0 và hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất tương ứng KMin. Nếu ñất cát tinh khiết có hệ số C = 0 thì có thể tìm ñược: tgϕ K= (1-13) tgβ Khi góc nghiêng β và góc ma sát trong của ñất ta luy như nhau (K = 1), tức là ñộ dốc ta luy ở vào trạng thái cân bằng ổn ñịnh, chỉ cần xử lý β < ϕ thì sẽ ñược K > 1 ta luy ñã có thể ổn ñịnh. 2. Tính toán ổn ñịnh của ta luy bằng phương pháp phân mảnh cung tròn Khi chất ñất ta luy của nền ñắp hoặc ñào là ñất nguyên sét, ñồng nhất. Do ta luy quá dốc mà hình thành mặt di ñộng trượt thường gần giống hình trụ tròn, trên mặt cắt ngang gần giống dạng cung tròn phù hợp với thực tế của công trình. Cho nên cần phải phán ñoán ta luy ñược thiết kế có phải quá dốc ñể sinh ra di ñộng trượt hay không, có thể dùng phương pháp mặt di ñộng trượt trụ tròn ñối với ta luy của nền ñắp hoặc nền ñào ñược thiết kế ñể tiến hành kiểm toán tính ổn ñịnh. Trong phương pháp cung tròn thường dùng phương pháp phân mảnh của tác giả (Fellenius) ñưa ra làm phương pháp cơ bản ñể phân tích tính ổn ñịnh của ta luy ñất sét (hình 1-19). Hình 119 Sơ ñồ kiểm toán bằng phương pháp cung tròn phân mảnh. Nñs.44 nhieu.dcct@gmail.com Kiểm toán bằng phương pháp cung tròn phân mảnh (hình 1-19) là giả ñịnh khối di ñộng trượt ABC là một khối thống nhất, theo mặt cung tròn giả thiết AB làm cả khối di ñộng trượt hướng xoay quanh tâm tròn O hướng di ñộng xuống dưới, ñiều kiện của di ñộng trượt theo mặt di ñộng trượt có thể dùng giá trị K là tỷ lệ giữa lực chống trượt và lực di ñộng trượt, tức là: K= MY M0 (1-14) Trong ñó: MY – lực chống trượt ngăn cản khối ñất di ñộng trượt men theo mặt di ñộng trượt AB, sản sinh ra một mô men lực; M0 – lực di ñộng trượt do khối ñất di ñộng trượt men theo mặt di ñộng AB sản sinh ra một giá trị mô men lực; K – hệ số ổn ñịnh. - Nếu K > 1 thì giá trị lực chống trượt lớn hơn giá trị lực di ñộng trượt, khi ñó ta luy là ổn ñịnh, mặt di ñộng trượt và khối ñất di ñộng trượt sẽ không sản sinh; - Nếu K < 1 thì khối ñất di ñộng trượt, giả thiết sẽ phát sinh và di ñộng trượt hướng xuống dưới; - Nếu K = 1 thì khối ñất di ñộng trượt sẽ ở trạng thái giới hạn. Trên thực tế do khối ñất di ñộng trượt giả ñịnh theo mặt cung tròn, với khối trượt di ñộng là một thể thống nhất, chỉ tiêu cường ñộ của ñất ñược sử dụng trong kiểm toán không thể hoàn toàn phản ánh tình hình thực tế, tính ñến lượng dự trữ an toàn nhất ñịnh, giá trị KMin nhỏ nhất của hệ số ổn ñịnh ta luy nền ñáp ứng giá trị quy ñịnh trong khoảng 1,15~1,25. Nếu như dốc ta luy của thiết kế có khả năng ñáp ứng một yêu cầu này thì cho rằng ta luy ổn ñịnh. Khi dùng mặt trượt cung tròn giả thiết tiến hành kiểm toán ổn ñịnh ta luy ñể tính giá trị MY và M0 như sau: Theo hướng dọc tuyến ñường, cứ 1m dài lấy khối ñất nền ñắp làm ñơn vị tính toán, giả ñịnh trượt tròn qua ñiểm A và B trên mặt cắt và vị trí cung tròn di ñộng trượt ñược giả ñịnh, lấy khối ñất di ñộng trượt chia thành nhiều ñường thẳng ñứng, khoảng cách các ñường thẳng thông thường không quá 2 ~ 4m, ñối với chỗ gẫy khúc ñường viền mặt cắt ngang nền ñường hoặc ñiểm thay ñổi tính chất ñất, giao ñiểm của vị trí mạch nước ngầm và cung tròn cần tiến hành phân mảnh, ñường phân ñược càng dày thì kết quả tính toán càng chính xác. Giữa các ñường thẳng ñứng phân mảnh ñược giả thiết không truyền ứng suất cho nhau, thông qua trọng tâm các mảnh ñất sẽ chia trọng lượng mảnh ñất Qi tác dụng lên trên mặt trượt có thể chia thành phân lực pháp tuyến Ni thẳng góc với mặt trượt và phân lực hướng tiếp tuyến Ti là: Ni = Qi. cosαi Ti = Qi. sinαi Trong ñó: Nñs.45 nhieu.dcct@gmail.com (1-15) αi – góc kẹp giữa ñường tiếp tuyến ở giao ñiểm trên mặt trượt với ñường thẳng ñứng qua trọng tâm miếng thứ i và mặt nằm ngang; Lấy các lực của các mảnh tác dụng trên ñoạn cung trượt tròn tương ứng, tức là Nitgϕ; CiLi và Ti phân biệt nhân với cánh tay ñòn thì ñược lực chống trượt chuyển ñộng quanh tâm tròn ΣMY và lực trượt M0 tức là: M0 = ΣMi0 = R. ΣTi MY = ΣMiY = R ( ΣNi tgϕi + ΣCi Li + ΣTi’ ) = R ( Σfi Ni + ΣCi Li + ΣTi’ ) Vậy hệ số ổn ñịnh K: K= ΣM iY Σf i N i + ΣC i Li + ΣT ' i = ΣTi ΣM i 0 (1-16) Trong ñó: ΣTi’ – phân lực tiếp tuyến của khối ñất ở bộ phận bên trái ñường thẳng ñứng qua tâm tròn, phương tác dụng của nó ngược với hướng di ñộng trượt thành mô men lực chống trượt. Từ công thức trên có thể thấy ΣMiY càng lớn, khối ñất ta luy càng ổn ñịnh, khi mô men lực chống trượt của khối trượt giả thiết không ñủ ñể ngăn cản giá trị mô men lực trượt thì có thể làm thoải giá trị ñộ dốc của ta luy, làm cho giá trị mô men trượt nhỏ hơn giá trị mô men chống trượt ñể ñáp ứng yêu cầu ổn ñịnh của ta luy. Khi dùng phương pháp mặt trượt cung tròn ñể kiểm toán tính ổn ñịnh của ta luy, cần phải tìm ñược vị trí mặt trượt cung tròn nguy hiểm nhất hình thành trong nền ñắp và tìm ñược quy luật của ñiểm tâm tròn tương ứng với vị trí hình thành mặt trượt cung tròn nguy hiểm nhất. Do sự hình thành mặt trượt cung tròn cùng với rất nhiều nhân tố có liên quan khác, vì thế cần phải tìm ra một số quy luật ñể giảm nhẹ việc tính toán. Theo kinh nghiệm có thể thấy rằng, trường hợp nền ñắp thông thường tâm tròn của cung trượt tròn nguy hiểm nhất và vị trí cung tròn có những quy luật dưới ñây. Sự hình thành cung tròn trượt nguy hiểm nhất có mối quan hệ mật thiết với tính chất vật liệu ñắp thân nền ñắp, hình dạng và ñộ dốc của ta luy, ñiều kiện của móng... Khi lực chịu tải của móng yếu bao gồm cường ñộ của móng thấp và cường ñộ vật liệu ñắp thân nền móng, thì cung tròn nguy hiểm nhất nền ñắp thường cắt vào trong móng, mặt di ñộng trượt cung tròn có thể xuất hiện ở ngoài chân dốc, cung tròn này gọi là cung tròn ñáy ta luy. Khi móng ổn ñịnh kiên cố, ñầu mút dưới của cung trượt tròn thường xuất hiện tại chân ta luy, cung tròn này gọi là cung tròn dốc, ñối với nền ñắp, thường giao ñiểm của ñường biên sườn ngoài của cột ñất tính ñổi với mặt nền ñường làm ñiểm mút (ñầu tà vẹt) ñiểm mút của cung tròn nguy hiểm có khả năng di chuyển vào phía trong cột ñất tính ñổi (ñiểm tim nền ñường), cũng có thể di chuyển ra phía ngoài vai ñường (mép ngoài của vai ñường), cho ñến phần trên ta luy dưới mép ngoài vai ñường, nó có quan hệ với tính chất của vật liệu ñắp và ñộ cao Nñs.46 nhieu.dcct@gmail.com thân nền ñắp. Khi cường ñộ vật liệu ñắp tương ñối cao thì ñiểm mút của cung tròn nguy hiểm nhất của nền ñường tuyến ñôi sẽ di chuyển vào phần giữa hai tuyến. Nhưng khi cường ñộ vật liệu ñắp tương ñối thấp, ñiểm mút của cung tròn nguy hiểm vẫn có thể xuất hiện ở vị trí bộ phận giống như nền ñắp ñường ñơn. Bán kính của cung tròn nguy hiểm và móng tốt có quan hệ với tính chất vật liệu ñắp nền ñắp. Vị trí tâm tròn của cung tròn nguy hiểm nên tương ứng với vị trí bộ phận xuất hiện vị trí cung tròn nguy hiểm, trong kiểm toán ổn ñịnh nền ñắp, dưới ñiều kiện ta luy ñơn giản, ñường hỗ trợ của tâm tròn nguy hiểm có thể gần với mép ñỉnh của cột ñất tính ñổi làm một mặt phẳng, vẽ ñường với mặt phẳng này một góc 360 thì có thể cho rằng khi nền ñắp di ñộng trượt, tâm tròn của hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất ñường này gọi là ñường hỗ trợ của tâm tròn nguy hiểm nhất (hình 1-20). Nhờ vào ñường hỗ trợ của tâm tròn nguy hiểm nhất, dùng phương pháp kiểm toán bên trên có thể tìm ra ñường hỗ trợ bốn hệ số ổn ñịnh tương ứng các tâm tròn O1, O2, O3, O4 (hình 1-21), dùng cùng một tỷ số kích thước vẽ ñường thẳng với tâm tròn K1, K2, K3, K4, nối bốn ñiểm thành ñường cong K, vẽ ñường tiếp tuyến với ñường cong K và song song với ñường hỗ trợ, ñiểm tiếp xúc vuông góc với ñường hỗ trợ tâm tròn, ñộ dài của nó chính là KMin. Giao ñiểm O trên ñường hỗ trợ tâm tròn chính là tâm tròn của cung nguy hiểm nhất, (hình 1-21). a: NÒn ñào; b: Nền ñắp. Hình 1-20. ðường hỗ trợ tâm tròn. Nñs.47 nhieu.dcct@gmail.com Hình 1.21. Phương pháp xác ñịnh hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất KMin Dùng phương pháp phân mảnh cung tròn ñể kiểm toán sự ổn ñịnh của ta luy, có thể ñạt ñược trị số chính xác ứng dụng, vậy nó là một phương pháp tính toán ñược sử dụng rộng rãi, xong về mặt lý thuyết vẫn chưa ñược hoàn thiện. Ví dụ, khối ñất trên mặt cung tròn di ñộng trượt là khối thống nhất di ñộng trượt, ñem khối ñất trên mặt di ñộng trượt cung tròn phân thành nhiều mảnh, là ñể ñược trạng thái phân bố của trọng lực tác dụng của khối ñất trượt trên mặt cung tròn và là căn cứ ñể kiểm toán tính ổn ñịnh tổng thể cả khối ñất trượt. Nếu trên mặt trượt có một mảnh ñất mà lực trượt xuống của nó lớn hơn lực chống trượt, thì phải làm cho khối ñất trượt bảo trì ñiều kiện của di ñộng trượt toàn khối, giữa ñường phân mảnh ñất này và mảnh ñất bên cạnh, ñiều kiện cân bằng lực sẽ thay ñổi, hình thành sự cân bằng mới không xuất hiện biến dạng cắt. Trường hợp lực ở giữa các ñường phân nhánh biến ñổi, các mảnh ñất tác dụng lên trên mặt di ñộng trượt cũng sẽ thay ñổi. Do vậy, khi kiểm toán tính ổn ñịnh của ta luy nền ñường yêu cầu hệ số ổn ñịnh KMin lớn hơn hệ số ổn ñịnh ñược quy ñịnh, tức là Kmin ≥ [K], do ñó phương pháp phân mảnh cung tròn là bỏ qua lực tác dụng giữa các mảnh, không ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy trong ứng dụng công trình. Hình 1-22. Mặt cắt nền ñắp cao (m) Ví dụ 1-1: Cho biết mặt cắt nền ñắp (hình 1-22), chiều cao ñắp H = 24m, 3 0 chỉ tiêu dung trọng của ñất là γ = 17 kN/m , ϕ = 22 , lực dính kết c = 21, 6 kPa, tâm tròn là O3, bán kính R = 55m, mặt trượt giả ñịnh là AB3. Hãy dùng phương pháp phân mảnh ñể kiểm toán tính ổn ñịnh của mặt trượt. Nñs.48 nhieu.dcct@gmail.com Giải: Cung trượt tròn AB3 phân làm 11 mảnh, mỗi mảnh rộng 2m ~ 4m, coi trọng tâm mỗi mảnh ở trên phân tuyến giữa mảnh ñó, khi tìm góc αi của các mảnh từ giao ñiểm của tuyến trọng tâm với cung tròn, làm tuyến nối tâm tròn và tuyến qua trọng tâm tròn, theo hình tam giác này tìm ñược αi. Cột ñất tính ñổi có trọng lượng ñược tính ñộc lập. Kết quả tính toán xem (bảng 1-10). =600 cosαi Diện tích Q = γ.ω mảnh (m2) 1 2 0.0364 0.9993 10.2 173.4 173.2 2 3 0.0545 0.9985 28.2 479.4 478.7 26.13 3 9 0.1636 0.9865 42.6 724.2 714.4 69.69 4 15 0.2727 0.9621 54.0 918.0 883.2 250.3 5 21 0.3818 0.9242 62.4 1060.8 980.4 405.0 6 27 0.4909 0.8712 67.8 1152.6 1004.1 565.8 7 33 0.6000 0.8000 68.4 1162.8 930.2 697.7 8 36.8 0.669 0.743 16.8 285.6 212.2 191.0 9 39.35 0.715 0.697 40.08 681.3 474.9 487.1 10 42.05 0.7640 0.644 8.48 144.2 92.9 110.1 11 43.55 0.7918 0.6108 4.73 80.4 54.9 63.6 Σ T’i (*) 6.31 k=(5998x0,404+1243+6,31):2866=1,28 Khoảng cách từ sinαi trung tâm các mảnh Bảng 1-10 T= Q.sinαi AB3 Ni = Q.cosαi TT mảnh RAB3 =55m; 5998.9 2866.5 1 2 0.0364 0.9993 10.2 173.4 173.2 2 3 0.0545 0.9985 28.2 479.4 478.7 26.13 3 9 0.1636 0.9865 42.6 724.2 714.4 69.69 4 15 0.2727 0.9621 54.0 918.0 883.2 250.3 Nñs.49 nhieu.dcct@gmail.com T’i (*) 6.31 k=(5998x 0,404+1243+6, 31):2866=1,28 cosαi Diện tích Q = γ.ω mảnh (m2) T= Q.sinαi Khoảng cách từ sinαi trung tâm các mảnh Ni = Q.cosαi TT mảnh Bảng 1-10 5 21 0.3818 0.9242 62.4 1060.8 980.4 405.0 6 27 0.4909 0.8712 67.8 1152.6 1004.1 565.8 7 33 0.6000 0.8000 68.4 1162.8 930.2 697.7 8 36.8 0.669 0.743 16.8 285.6 212.2 191.0 9 39.35 0.715 0.697 40.08 681.3 474.9 487.1 10 42.05 0.7640 0.644 8.48 144.2 92.9 110.1 11 43.55 0.7918 0.6108 4.73 80.4 54.9 63.6 Σ 5998.9 2866.5 Ghi chú: (*): K = ∑ ntgϕ + ∑ cL + ∑ T ∑T Khi ñộ cao ta luy nền ñắp lớn hơn 20m, ngoài việc cần tiến hành phân tích sự ổn ñịnh của ta luy còn căn cứ vào vật liệu ñắp, chiều cao ta luy... ñể mở rộng thêm mặt nền ñường, giá trị mở rộng thêm của mỗi bên ∆b theo công thức: ∆b = ∆h. H. m (1-17) Trong ñó: ∆h – tỷ lệ lún xuống ñất hạt nhỏ khoảng 0, 01 ~ 0, 02; ñất hạt to khoảng 0, 005 ~ 0, 015; ñá hòn cứng khoảng 0, 005 ~ 0, 01; ñá hòn mềm khoảng 0, 015 ~ 0, 025. H - ñộ cao ta luy nền ñắp (m); m – tỷ số ñộ dốc của ta luy nền ñá dăm, ñường ray loại nặng, nặng vừa m = 1, 75; ñường ray loại nhẹ m = 1, 5; (hình 1-22). 1.3.3.2. Lớp ñáy móng nền ñắp và nền ñắp trên sườn dốc 1. Xử lý lớp ñáy móng Trong công trình nền ñắp, có thể gặp móng tốt, cũng có thể gặp móng phải xử lý mới. Riêng xử lý lớp bề mặt móng trên sườn dốc ổn ñịnh phải phù hợp với yêu cầu sau ñây: - Khi dốc ngang mặt ñất nhỏ hơn 1:10, nền ñắp có thể trực tiếp xây ñắp trên mặt tự nhiên, những ñoạn ñường mà chiều cao nền ñắp nhỏ hơn ñộ dày lớp ñệm nền nên dọn sạch lớp ñất hữu cơ. - Khi dốc ngang mặt ñất là 1:5 ~ 1:2, 5 mặt ñất ban ñầu phải ñào cấp, chiều rộng mỗi cấp không nhỏ hơn 1m. Khi tầng che phủ trên mặt nền ñá tương Nñs.50 nhieu.dcct@gmail.com ñối mỏng, ñầu tiên dọn sạch lớp che phủ rồi ñào cấp. Khi lớp che phủ tương ñối dày và ổn ñịnh có thể giữ lại tức là trên mặt ñất ban ñầu ñào cấp rồi ñắp. - Khi mặt ñất dốc ngang 1:10 ~ 1:5 nên bóc sạch lớp vầng cỏ. Nền ñắp sườn dốc ở ñoạn dốc ngang mặt ñất lớn hơn1:2, 5 bắt buộc phải kiểm toán tính ổn ñịnh di ñộng trượt ở tầng mềm yếu dưới ñáy móng và men theo ñáy móng cả khối nền ñắp, hệ số an toàn ổn ñịnh chống trượt không ñược nhỏ hơn 1, 25 nếu không phải sử dụng ñiều kiện cải thiện ñáy móng hoặc biện pháp chống trượt xây dựng tường chắn. Bên dựa vào núi của nền ñắp sườn dốc phải ñặt rãnh thoát nước và sử dụng biện pháp gia cố chống thấm. Khi ñáy móng có mạch nước ngầm ảnh hưởng ñến tính ổn ñịnh của nền ñắp, nên sử dụng các biện pháp ngăn chặn dẫn thoát nước ra ngoài phạm vi ñáy móng hoặc ở ñáy nền ñắp xây ñắp bằng vật liệu chống thấm nước. Lớp bề mặt móng là lớp ñất rời rạc, khi trọng lượng riêng của nó nhỏ hơn giá trị quy ñịnh, nếu bề dày lớp ñất rời rạc không lớn hơn 0, 3m thì nên ñầm nén chặt bề ngoài ñất ban ñầu, nếu bề dày ñất rời lớn hơn 0, 3m thì nên ñào lật lớp ñất rời rồi phân lớp ñắp trả lại ñầm nén hoặc sử dụng các biện pháp gia cố móng khác, ñộ chặt sau khi ñầm nén phải thoả mãn các yêu cầu quy ñịnh. Lớp bề mặt móng là lớp ñất mềm yếu, khi trị số nén xuyên tiêu chuẩn N nhỏ hơn 4 hoặc chiều sâu ép tĩnh so với lực cản xuyên Ps nhỏ hơn 1MPa, nên căn cứ vào tính chất, ñộ dày, hàm lượng nước, ñộ sâu tích nước mặt ñất.... của tầng ñất mềm ñể sử dụng các biện pháp gia cố móng như thoát nước phơi khô, hót ñi thay ñất ñắp bằng vật liệu ñắp ñá, sỏi, cuội cát. 2. Kiểm toán ổn ñịnh trượt nền ñắp trên sườn dốc, mặt phá nứt gẫy khúc. Nền ñắp xây dựng trên mặt ñất có dốc ngang lớn hơn hoặc bằng 1:2, 5 thì gọi là ñắp trên sườn dốc. Khi mặt móng của nền ñắp trên sườn dốc là một dốc ñơn thì khả năng di ñộng trượt của nền ñắp sẽ men theo mặt dốc dùng phương pháp mặt trượt phẳng nghiêng ñể trực tiếp xác ñịnh, lúc này góc nghiêng α của mặt trượt phẳng sẽ bằng góc dốc i. Khi mặt ñất dốc mấp mô nhưng phía dưới có lớp cứng nghiêng xuống có thể theo tình hình mặt dốc, phân một bộ phận của ñất mặt dốc thành thân nền ñắp, kiểm toán tính ổn ñịnh cả khối của nó khi xây dựng nền ñắp. Trong tính toán góc nghiêng lấy chỉ tiêu tính toán của ñất trên mặt lớp cứng mà chỉ số c, ϕ lấy của tầng cứng. Khi mặt ñất mấp mô phía dưới không có tầng cứng hoặc góc nghiêng mặt tầng cứng rất nhỏ thì theo mặt trượt gẫy khúc hình thành mặt dốc ñể kiểm toán tính ổn ñịnh của ñáy nền ñắp. Phương pháp mặt phá nứt gẫy khúc (hình 1-23). Mặt trượt gẫy khúc lấy khối ñất trên mặt ñường gẫy khúc phân thành miếng, như vậy khi kiểm toán, trước tiên nên theo trọng lượng Qi của phần miếng nền ñắp trên ñoạn cần tính và theo góc dốc αi của các ñoạn, tính toán phân lực trọng lượng Qi của miếng ñất, phân lực trượt xuống Ti = Qi.sinαi; phân lực pháp tuyến Ni = Qi.cosαi. Do ñoạn dài li, ci của các ñoạn mặt phá nứt và giá trị ϕi có thể tìm ñược tính ổn ñịnh của mỗi phân miếng nền ñắp là: Nñs.51 nhieu.dcct@gmail.com Ti - Nitgϕi – ci li. (1-18) Hình 1-23. Nền ñắp trên sườn dốc mặt vỡ nứt ñường gẫy khúc. ðể nền ñắp trong kiểm toán có hệ số ổn ñịnh quy ñịnh giá trị K, có thể lấy lực tgϕ i trượt xuống Ti tăng thêm thành K.Ti, hoặc lấy tgϕi và ci giảm ñi K lần, tức là K c và i làm chỉ tiêu tính toán. K Theo lý thuyết cân bằng cực hạn, sau khi lấy tính toán ổn ñịnh của nền ñắp trên sườn dốc là K, lực trượt xuống và lực chống trượt của khối ñất trên mặt trượt gẫy khúc là cân bằng. Do vậy kiểm toán bắt ñầu từ ñoạn ñỉnh dốc là: KT1 – ( N1tgϕ1 + c1 l1 ) = E1 (1-19) Công thức (1-19) là của mảnh thứ nhất, có thừa ra lực trượt xuống E1 nên lấy E1 làm lực chống ñỡ của mảnh thứ hai. Như vậy trong mảnh thứ hai, nên tính toán lực tác dụng E1 do ñoạn thứ nhất truyền xuống ñồng thời tìm lực trượt của nó hình thành trong ñoạn thứ hai và lực cản ma sát do phân lực pháp tuyến hình thành, tức là sau khi E1cos(α1 - α2) và E1sin(α1 - α2)tgϕ2 nhập vào mảnh thứ hai trở thành lực tác dụng của ñoạn thứ hai, tìm giá trị E2 ở ñiều kiện cân bằng lực ñoạn thứ hai. Vậy: E2 = KT2 + E1cos(α1 - α2) – c2l2 – [N2 + E1 sin(α1 - α2)]tgϕ2 (1-20) Cứ làm như vậy cho các mảnh tiếp theo, ñể có ñược ñiều kiện cân bằng lực của ñoạn cuối cùng En ≤ 0, nền ñắp ổn ñịnh trên sườn dốc, ngược lại là không ổn ñịnh. Trong tính toán nếu xuất hiện Ei ≤ 0 thì ñoạn thứ i và các ñoạn của khối ñất phía trước là ổn ñịnh nhưng nếu ñoạn sau cùng vẫn không ổn ñịnh thì chứng tỏ bộ phận dưới thân nền ñắp vẫn có khả năng bị phá hoại. Nếu theo lực trượt xuống En thừa ra các ñoạn sau cùng ñể xem xét xử lý gia cố móng thì công thức tính En là: En = KTn + En-1cos(αn-1 – αn) – cn ln – [Nn + En-1 sin(αn-1 – αn)]tgϕn (1-21) Trong ñó: Nñs.52 nhieu.dcct@gmail.com En – lực ñẩy trượt của mảnh thứ n (kN/m). K – hệ số an toàn. αn – góc nghiêng mặt trượt mảnh thứ n. αn-1 – góc nghiêng mặt trượt mảnh thứ n-1. En-1 – lực ñẩy trượt của mảnh thứ n-1. En-1cos(αn-1 – αn) – phân lực ñẩy trượt của mảnh thứ n-1, trên phương hướng mặt trượt mảnh thứ n. En-1 sin(αn-1 – αn) – lực ma sát do mảnh thứ n-1 sinh ra tác dụng lên mặt thứ n. cn – lực dính kết (kPa). ln – chiều dài mặt trượt miếng thứ n (m). Nếu En ≤ 0 không truyền xuống miếng sau ñó thì nền ñường ổn ñịnh, nếu là số dương thì nền ñường sẽ bị trượt, khi ñó phải dùng biện pháp ñể ổn ñịnh nền ñường như xây tường chắn. Kết hợp hai phần có liên quan là lực trượt xuống En-1 truyền dẫn, thì công thức (1-21) có thể viết thành En = KTn – Nn tgϕn – cnln + En-1.Ψ (1-22) Trong ñó: Ψ - hệ số truyền dẫn và Ψ xác ñịnh Ψ = cos(αn-1 - αn) – sin(αn-1 - αn)tgϕn (1-23) Phương pháp mặt trượt gẫy khúc cũng có thể dùng ñể kiểm toán tính ổn ñịnh của ta luy nền ñào và lực ñẩy dốc trượt, khi kết quả tính toán En > 0 có thể xác ñịnh ta luy nền ñào hoặc dốc trượt sẽ mất ổn ñịnh và lấy En làm căn cứ tính toán xây dựng tường chắn. Ví dụ 1-2: Nền ñắp trên sườn dốc (hình 1-24) trọng lượng, chiều cao mặt trượt và góc nghiêng mặt trượt của mỗi mảnh (bảng 1-11), góc ma sát giữa nền ñắp và mặt ñất tự nhiên ϕ = 200, lực dính c = 4kPa, hệ số ổn ñịnh K = 1, 15. Hãy kiểm toán tính ổn ñịnh của nền ñắp. Giải: Tìm lực trượt xuống thừa ra của mảnh thứ 1 dùng công thức: Ei = KTi - Ni f + ΨEn-1 - c.li Trong ñó: Ti = Q Ψ= cos( f = tg Nñs.53 nhieu.dcct@gmail.com Hình 1-24. Tính nền ñắp dốc ñứng. Kết quả tính En trong (bảng 1-11) Nhận xét: Lực trượt xuống thừa ra của miếng thứ 4 là 428.38 kN/m. Vậy nền ñắp trên sườn dốc này không ổn ñịnh. Kiểm toán tính ổn ñịnh nền ñắp dốc ñứng ΨE (N/m) 505.11 557.78 36.52 Ψ 1.054 0.752 0.960 E (kN/m) 671.69 581.02 428.38 34.65 d (N/m) 38.0 96.0 76.0 17.6 l (m) 9.5 24.0 19.0 4.4 f.N (kN/m) 311.75 1140.88 290.16 49.66 N (kN/m) 856.45 3134.29 797.15 136.42 KT (kN/m) 984.92 1312.79 236.76 101.91 T (kN/m) 856.45 1141.56 205.88 88.62 Cosα 0.707 0.939 0.968 0.839 Sinα 0.707 0.342 0.250 0.545 α (ñộ) 33 45 20 4 14.5 3 1211.4 2 3337.9 1 823.5 162.6 Q (kN/m) Phân mảnh Bảng 1-11 1.3.4. Tính ứng suất ở thân và móng nền ñắp 1.3.4.1. Tính ứng suất thẳng ñứng ở thân nền ñắp Khi thi công nền ñường phải ñầm nén ñạt ñộ chặt yêu cầu, ñảm bảo nền ñường chỉ ñược phát sinh biến dạng ñàn hồi dưới tác dụng của tải trọng ñoàn tầu, tải trọng kết cấu tầng trên và tải trọng bản thân nền ñường. ðể xác ñịnh ñộ chặt yêu cầu, phải tính ñược ứng suất thẳng ñứng trong nền ñường do các tải trọng ñó gây ra. Việc tính ứng suất ñó có thể tiến hành theo các sơ ñồ sau: 1. Sơ ñồ hình nêm ñàn hồi Nñs.54 nhieu.dcct@gmail.com Giả thiết nền ñắp là một lăng thể tam giác ñàn hồi dài vô hạn, trên ñỉnh tam giác có tải trọng tập trung P0 thay thế cho tải trọng ñoàn tầu và trọng lượng kết cấu tầng trên (hình 1-25). Hình 1-25. Sơ ñồ hình nêm ñàn hồi Theo lý thuyết ñàn hồi, ứng suất thẳng ñứng tại một ñiểm bất kỳ trong nền ñường ñược tính theo công thức sau:  2 P0 Z3 ×  2α + sin 2α Z 2 + Y 2  σ = − ( ) 2  + γ .h    (1-24) Trong ñó: P0 = Pñ + PK (1-25) Với Pñ và PK là tải trọng rải ñều của ñoàn tầu và kết cấu tầng trên trên 1m dài nền ñường (kN/m). Pd = ΣPTruc Lcn (kN/m) (1-26) ΣPTrục – tổng tải trọng các trục trong cự ly cứng nhắc của ñầu máy. LCn – chiều dài cự ly cứng nhắc. z; y – toạ ñộ ñiểm tính toán. α - góc nghiêng của ta luy với ñường thẳng ñứng. γ - dung trọng của ñất ñắp (kN/m3) h – chiều cao thực tế của cột ñất nằm trên ñiểm tính toán. 2. Sơ ñồ bán không gian ñàn hồi Hình 1-26. Sơ ñồ bán không gian ñàn hồi Nñs.55 nhieu.dcct@gmail.com Nền ñường ñược coi là một bán không gian ñàn hồi, giới hạn bởi mặt phẳng qua mặt nền ñường và giả thiết ngoài hai mái ta luy nền ñường là không có ñất. Tải trọng băng chữ nhật thay thế cho tải trọng ñoàn tầu và tải trọng kết cấu tầng trên. ứng suất tại một ñiểm bất kỳ trong thân nền ñường ñược tính theo công thức: σ = σñ + σK + σγ (1-27) Trong ñó: σñ - ứng suất do tải trọng ñoàn tầu gây ra. σK – ứng suất do tải trọng kết cấu tầng trên. σγ - ứng suất do tải trọng bản thân nền ñường. Theo lý thuyết ñàn hồi, ứng suất tại ñiểm M bất kỳ do băng tải hình chữ nhật gây ra (hình 1-27) ñược tính theo công thức. σ =− P 1 1  sin 2 β β β sin 2 β 2  + − − 1 1 2  2 2 ∏  (1-28) Khi băng tải hình tam giác (hình 1-28), ta có: σ =− 1 PZ  2 1   sin β 1 − sin 2 β 2 − tgβ 2  β 1 + sin 2 β1 − β 2 − sin 2 β 2   ∏b  2 2   (1-29) Trong ñó: β1; β2 ( hình1-27 và 1-28), lấy giá trị dương nếu quay thuận chiều kim ñồng hồ (từ ñường thẳng ñứng), lấy giá trị âm khi quay theo chiều ngược lại. P – cường ñộ băng tải trọng Hình 1-27. Sơ ñồ tính ứng suất khi tải trọng chữ nhật. Hình 1-28. Sơ ñồ tính ứng suất khi tải trọng tam giác. Tính ứng suất σñ theo công thức (1-28) thì cường ñộ tải trọng pñ ñược tính như sau: P = pd = Nñs.56 nhieu.dcct@gmail.com ΣP lcnl (kN/m2) (1-30) Các ký hiệu như trong công thức (1-26), còn l là chiều dài tà vẹt. Nñs.57 nhieu.dcct@gmail.com ứng suất σK tính theo công thức (1-28), trong ñó cường ñộ tải trọng P= pK (kN/m2), chiều rộng băng tải kết cấu tầng trên có thể lấy bằng chiều rộng trung bình của mặt cắt lớp ñá ba lát, hoặc lấy bằng chiều rộng phân bố hoạt tải l0. L0 = l + 2.h.tg450 = l + 2h. Với l là chiều dài tà vẹt và h là chiều dày lớp ñá ba lát. Trị số của pK ñược tính toán căn cứ vào loại tà vẹt, số tà vẹt trên 1 Km, loại ray, chiều dày ñá ba lát v.v., có thể tham khảo giá trị pK trong (bảng 1-12) của ñường sắt Nga. ứng suất do trọng lượng bản thân σγ ñược tính theo công thức: σγ = - γ.h (1-31) Nếu nền ñường ñắp bằng nhiều lớp ñất khác nhau thì: (1-32) σγ = - Σγi.hi Với γi và hi là dung trọng và chiều dày của mỗi lớp ñất. áp lực trung bình trên mặt nền ñường pK (kN/m2) (ðường sắt Nga) Bảng 1-12 ðặc ñiểm kết cấu tầng trên của ñường Các chỉ tiêu Tà vẹt bê tông cốt thép Tà vẹt gỗ Tấm bản bê tông P75 P65 P50 P75 P65 P50 P75 P65 P50 Trọng lượng trên 1m dài kết cấu tầng trên (kN/m) 72.5 72.5 67.0 67.0 62.0 62.0 77.0 77.0 71.5 71.5 66.5 66.5 88.0 88.0 88.0 88.0 87.5 87.5 Chiều rộng trung bình của lớp ñá ba lát (m) 4.50 4.90 4.35 4.70 4.20 4.90 4.50 4.90 4.35 4.70 4.20 4.40 4.20 4.20 4.20 4.20 4.20 4.20 16.1 14.9 15.4 14.1 14.8 14.0 17.1 15.9 16.4 15.1 15.8 15.1 21.0 21.0 21.0 21.0 20.8 21.0 áp lực trung bình của tải trọng kết cấu tầng trên trên mặt nền ñường (kN/m2) Ghi chú: - Tử số là giá trị tính cho 1 ñường của ñoạn ñường ñôi. - Mẫu số là giá trị dùng cho ñường ñơn khổ 1520mm. Nñs.59 nhieu.dcct@gmail.com Sau khi nghiên cứu, giáo sư XaKhunhian chỉ ra rằng:sơ ñồ bán không gian ñàn hồi(1-26) hợp lý hơn, sát với kết quả ño ñược bằng thực nghiệm hơn sơ ñồ hình nêm ñàn hồi (1-25). Theo trục oz thì ứng suất tính theo sơ ñồ (1-26) lớn hơn tính theo sơ ñồ (1-25), còn ứng suất ở mái ta luy tính theo sơ ñồ (1-26) nhỏ hơn tính theo sơ ñồ (1-25). Kết quả tính σz (theo 2 sơ ñồ bảng 1.13) Bảng 1-13 σz Z (m) Trên trục oz Sơ ñồ Sơ ñồ nêm bán không gian Trên mái ta luy Sơ ñồ Sơ ñồ nêm bán không gian 1.00 0.80 0.000 0.09 0.68 0.43 0.006 0.04 5.00 0.33 0.26 0.015 0.02 10.00 0.18 0.15 0.009 0.01 20.00 0.09 0.08 0.006 0.01 1.3.4.2. Tính ứng suất thẳng ñứng ở móng nền ñắp ðể tính một cách gần ñúng ứng suất σz ở ñiểm M bất kỳ trong móng nền ñắp, ta xem móng nền ñắp là một bán không gian ñàn hồi, tải trọng tác dụng lên móng là biểu ñồ phân bố ứng suất ở ñáy nền ñắp. Khi tính toán, chỉ xét ñến tác dụng của ứng suất thẳng ñứng, bỏ qua ảnh hưởng của ứng suất cắt tại mặt tiếp xúc giữa ñáy nền ñắp và mặt ñất móng. ðể ñơn giản hoá tính toán, ta chia biểu ñồ ứng suất (dạng cong) tác dụng lên móng thành các hình tam giác và chữ nhật (hình 1-29). Hình 1-29. Sơ ñồ tính ứng suất ở móng nền ñắp. Dùng lý thuyết dàn hồi tính ứng suất σz tại ñiểm M bất kỳ ở móng nền ñường do các tải trọng này gây ra theo công thức (1-28) và (1-29) ứng suất thẳng ñứng tại ñiểm M ở móng nền ñường tính như sau: σ = Σσzi + σγ Trong ñó: Nñs.60 nhieu.dcct@gmail.com (1-33) σzi – ứng suất do từng tải trọng ngoài gây ra. σγ – ứng suất do lớp ñất móng nằm phía trên ñiểm M gây ra. Khi tính σγ phải căn cứ vào hệ số rỗng trước khi ñắp, theo ñường cong nén thông thường của ñất móng. Trong thực tế, ñể tiện sử dụng, người ta tính sẵn các toán ñồ, các hệ số ñể tra bảng, ứng suất do các tải trọng gây ra ñược tính theo công thức: σ = – I.p (1-34) Trong ñó: p – cường ñộ băng tải trọng tác dụng (kN/m2); I – hệ số tra bảng (hoặc ñồ thị OSTERBER ) (hình 5-21); z y I = f( ; ) với b là chiều rộng băng tải trọng; y, z là toạ ñộ ñiểm tính toán b b Bảng tra I khi tải trọng hình chữ nhật Bảng 1-14 y/b z/b 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0 0.25 0.50 1.00 1.50 2.00 1.00 0.96 0.82 0.67 0.55 0.46 0.40 0.35 0.31 0.21 0.16 0.13 0.11 1.00 0.90 0.74 0.61 0.51 0.44 0.38 0.34 0.31 0.21 0.16 0.13 0.10 0.50 0.50 0.48 0.45 0.41 0.37 0.33 0.30 0.28 0.20 0.15 0.12 0.10 0.00 0.02 0.08 0.15 0.19 0.20 0.21 0.21 0.20 0.17 0.14 0.12 0.10 0.00 0.00 0.02 0.04 0.07 0.10 0.11 0.13 0.13 0.135 0.12 0.11 0.10 0.00 0.00 0.00 0.02 0.03 0.04 0.06 0.07 0.08 0.10 0.10 0.09 --- Bảng tra I khi tải trọng hình tam giác Bảng 1-15 y/b z/b -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.25 0.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.250 0.500 0.750 0.500 0.25 --- --- 0.50 0.002 0.50 0.75 1.0 1.5 2.0 2.5 0.0 0.0 0.0 0.001 0.075 0.256 0.480 0.643 0.424 0.015 0.003 --- 0.003 0.023 0.127 0.263 0.410 0.477 0.353 0.056 0.017 0.003 Nñs.61 nhieu.dcct@gmail.com 0.75 0.006 0.016 0.042 0.153 0.248 0.335 0.361 0.293 0.108 0.024 0.009 1.00 0.014 0.025 0.061 0.159 0.223 0.275 0.279 0.241 0.129 0.045 0.013 1.50 0.020 0.048 0.096 0.145 0.178 0.200 0.202 0.185 0.124 0.062 0.041 2.00 0.033 0.061 0.092 0.127 0.146 0.155 0.163 0.153 0.108 0.069 0.050 3.00 0.050 0.064 0.080 0.096 0.103 0.104 0.108 0.104 0.090 0.071 0.050 4.00 0.051 0.060 0.067 0.075 0.078 0.085 0.082 0.075 0.073 0.060 0.047 5.00 0.047 0.052 0.057 0.059 0.062 0.063 0.063 0.065 0.061 0.051 0.049 6.00 0.041 0.041 0.050 0.051 0.052 0.053 0.053 0.053 0.050 0.050 0.045 1.3.5. Tính ñộ chặt ở thân nền ñắp 1. Tính ñộ chặt yêu cầu ở thân nền ñắp Hình 1-30. ðường cong nén lún của ñất. Muốn nền ñường chỉ phát sinh biến dạng ñàn hồi thì phải tiến hành ñầm nén trong quá trình thi công. Khi ñầm nén các hạt ñất sẽ sít lại gần nhau hơn, thể tích rỗng trong ñất giảm ñi do khí và nước trong lỗ rỗng thoát ra ngoài, do ñó, với một V loại ñất, khi ñầm càng chặt thì hệ số rỗng ε = r càng giảm và dung trọng khô Vh Q γ k = h càng tăng, vì thế ε và γk thường ñược dùng ñể biểu thị ñộ chặt của ñất trong V quá trình ñầm nén.Yêu cầu của ñầm nén là nền ñường phải ñạt tới ñộ chặt yêu cầu. ðể xác ñịnh ñộ chặt yêu cầu ñó, ta nghiên cứu ñường cong nén lún của ñất (hình 130). Nñs.62 nhieu.dcct@gmail.com Giả sử, sau khi ñắp xong nền ñường và ñặt kết cấu tầng trên, ứng suất tại ñiểm i bất kỳ trong nền ñường là: σt-i = σγ-i + σK-i (1-35) Trong ñó: σγ-i và σK-i – ứng suất do trọng lượng bản thân ñất ñắp và ứng suất do tải trọng kết cấu tầng trên gây ra tại ñiểm i Hệ số rỗng trên nhánh nén tương ứng với σt-i là εñt-i Sau mỗi lần ñoàn tầu chạy qua, áp lực thay ñổi từ σt-i ñến σ0-i sẽ xuất hiện các nhánh nén và nhánh dỡ tải mới (hình1-30) với σ0-i là tổng ứng suất tại ñiểm i: σ0-i = σt-i + σñ-i (1-36) Trong ñó: σñ-i – ứng suất do tải trọng ñoàn tầu gây ra. Sau vô số lần tác dụng như vậy, biến dạng dư ∆εi giảm dần và cuối cùng hai nhánh dỡ tải và nhánh nén trùng nhau, khi ñó chỉ còn biến dạng ñàn hồi, ta ñược ñường cong nén lún trùng phục, nghĩa là ñất nền ở trạng thái ñàn hồi. Nếu gọi hệ số rỗng ban ñầu của ñường cong nén lún trùng phục là ε0-i thì khi xây dựng, ta phải ñầm nén cho ñến khi ñạt ñến ñộ chặt bằng ε0-i mới ñảm bảo nền ñường làm việc trong giai ñoạn ñàn hồi. Ta thấy rõ ràng rằng ε0-i phụ thuộc vào số lần ñặt tải, ñộ lớn của tải trọng σ0-i, phương pháp ñặt tải và thời gian tác dụng của tải trọng. Theo hình vẽ (1-30) ta có: n ε 0−i = ε td−i − Σ ∆ε i i =1 (1-37) Trong ñó: n Σ ∆ε i = ∆ε 1 + ∆ε 2 + .... + ∆ε n i =1 Qua phân tích thấy rằng: ∆ε n ∆ε 2 ∆ε 3 ∆ε 4 ≈ µ 2,45. Tiêu chuẩn độ chặt khi dùng đá dăm làm lớp mặt lòng nền đường Bảng 2.13 Vật liệu đắp Bề dày Tiêu chuẩn độ chặt Ghi chú Nđs.123 nhieu.dcct@gmail.com (m) (1) Cấp phối đá dăm Cấp phối đá dm (2) 0.70 0.55 Hệ số nền móng K30 (MPa/m) (3) 190 190 Tỷ lệ rỗng n (4) < 15% < 15% (5) Nền đắp Đá mềm dễ phong Cát thô vừa 0.15 190 < 15% hoá, đá rắn phong hoá nhiều, đất ở nền đào Lớp mặt lòng nền đường do hai lớp làm thành, các nước Nhật, Đức, Pháp, Tây Ban Nha đều như thế. Lớp trên yêu cầu mô đun lớn, hệ số thẩm thấu nhỏ, hai yêu cầu này rất khó thoả mãn. Bởi thế Nhật Bản dùng bê tông nhựa, có thể đáp ứng yêu cầu trên. Để thoát nước tốt đỉnh lớp mặt lòng nền đường và đỉnh mặt lòng nền đều làm dốc ngang 4% ~ 5%. 2.6.2. Lớp đáy lòng nền đường sắt Vật liệu đắp lớp đáy lòng nền đường, phải chấp hành đúng quy phạm hiện hành, chỉ được sử dụng vật liệu nhóm A nhóm B và đất cải tạo. Độ chặt lớp đáy lòng nền đường như bảng 2-14. Tiêu chuẩn độ chặt lớp đáy lòng nền đường Bảng 2.14 Vật liệu đắp Vật liệu nhóm A, nhóm B, đất cải tạo Bề dày (m) 2,3 Tiêu chuẩn đầm chặt Đất hạt nhỏ Đất hạt thô Loại đá dăm Hệ số móng nền K30 (MPa/m)  110  130  150 Độ chặt tương đối Dr Hệ số đầm chặt K  0.80  0.95 Tỷ lệ rỗng n < 20% < 20% 2.6.3. Bộ phận dưới nền đắp 1. Yêu cầu vật liệu đắp phần dưới nền đắp Đất đắp phần dưới nền đắp cần đáp ứng 3 yêu cầu sau: (1) Dưới tác dụng của đoàn tầu và tải trọng tự trọng nền đắp, nền đắp có thể bảo trì ổn định bền vững lâu dài. (2) Độ lún nén chặt của bản thân nền đắp rất nhanh hoàn thành. Nđs.124 nhieu.dcct@gmail.com (3) Đặc điểm cơ học của nó không bị các nhân tố cơ học khác (nước, nhiệt độ, động đất) ảnh hưởng mà trở thành biến đổi không có lợi cho nền đường. Bởi thế chỉ cần thông qua xử lý chất đất có thể đáp ứng yêu cầu trên, là bổ sung làm vật liệu đắp. Tuy nhiên đối với đường sắt cao tốc, vật liệu sử dụng phải là loại tốt nhất. Như thế có thể giảm thiểu lún sau này, lại có thể có phần dự trữ an toàn cho bảo đảm ổn định của nền đắp. Đầu tiên phải sử dụng vật liệu chất lượng tốt mà yêu cầu hạt trong quy phạm nền đường. Thực tế chứng minh, sử dụng cấp phối chất lượng tốt, giảm thiểu rất nhiều lún sau này của nền đường. Bởi thế ở điều kiện có thể, vật liệu nền đắp phải là chọn vật liệu nhóm A, nhóm B. Để giải quyết loại vật liệu hai nhóm trên, đương nhiên có thể mở rộng phạm vi sử dụng vật liệu đắp, tức là dùng bộ phận vật liệu nhóm C và nhóm D thông qua cải tạo rồi đem sử dụng. 2. Tiêu chuẩn độ chặt vật liệu đắp phần dưới nền đắp Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản, độ chặt bộ phận dưới nền đắp phải lớn hơn 0.90 (đầm chặt chuỳ nặng tương đương 0.93 của đường sắt Trung Quốc), tỷ lệ hạt thô < 10% (hàm lượng hạt nhỏ > 50%) và 15% (khi hàm lượng hạt nhỏ 20% ~ 50%), K30 > 0,7MPa/cm. Độ đầm chặt yêu cầu của Đức 0.95 ~ 0.97, tỷ lệ rỗng của hạt đất thô < 12%. Nước Pháp yêu cầu đạt 0.95; Từ đó ta thấy yêu cầu độ chặt đất đắp của các nước Châu Âu cao hơn so với Nhật Bản. Như thế có khả năng là nguyên nhân Nhật Bản vì thoả mãn yêu cầu của lớp bề mặt lòng nền mà đối với mô đun vật liệu của lớp bề mặt lòng nền nâng lên trị số đặc biệt cao. Nước Đức yêu cầu mô đun vật liệu hạt nhỏ EV2  45 MPa, cao hơn nhiều so với Nhật Bản là 34 MPa (48.7  K30). Để bảo trì tính ổn định biến dạng của đường sắt cao tốc, rất cần thiết phải nâng cao độ chặt đầm nén đất. Theo kết quả nghiên cứu của Trung Quốc yêu cầu chất lượng đất đắp nền đường đắp đường sắt cao tốc như bảng 2-14. Tiêu chuẩn độ chặt phía dưới nền đắp đường sắt cao tốc Bảng 2-15 Vật liệu đắp Vật liệu nhóm A, nhóm B, nhóm C hoặc đất cải tạo Tiêu chuẩn độ chặt Hệ số đất móng K30 (MPa/m) Đất hạt nhỏ Đất hạt thô Loại đá dăm  90  110  130 < 25% < 25% Tỷ lệ rỗng n (%) Hệ số độ chặt K 0.90 2.7. Điều kiện móng nền đường sắt cao tốc Kinh nghiệm xây dựng đường sắt hiện đại chỉ rõ, nền móng để nâng đỡ nền đắp không cho phép xẩy ra phá hoại, cũng không cho phép xẩy ra lượng lún quá dư thừa và suất tốc độ lún quá lượng theo yêu cầu sử dụng thích hợp. Tiêu chuẩn thiết kế từ trước đây, chỉ xét tới yêu cầu về cường độ của nền móng, tức là không cho Nđs.125 nhieu.dcct@gmail.com phép xẩy ra nền móng phá hoại, mà đối với yêu cầu về biến dạng thì không coi trọng. Nền đường lún là hiện tượng hư hỏng chủ yếu của nền đường sắt, ngoài nguyên nhân gây ra do độ chặt đắp đất chưa đủ, cũng còn không ít là do nguyên nhân đáy móng biến dạng gây ra. Đối với nền móng nền đường sắt cao tốc, ngoài yêu cầu về cường độ, còn yêu cầu về điều kiện biến dạng. Lún dư thừa quá lượng và suất tốc độ lún quá lớn gây ra vấn đề khối lượng công việc về duy tu bảo dưỡng tuyến đường và cản trở chạy tầu. Nhiều nước đối với nền móng nền đắp đề ra yêu cầu về cường độ và chất đất, không phù hợp phải tiến hành xử lý. Căn cứ vào điều kiện tầng địa chất phương pháp thông dụng là sử dụng đầm rung và phương pháp gia cố thay đất. Khi cao độ nền đắp  2m đáy móng 0,5m phải đáp ứng yêu cầu quy định, nếu không thoả mãn phải dùng biện pháp đặc biệt. Quy phạm thiết kế nền đường sắt cao tốc đề ra điều kiện đất móng phạm vi 25m dưới đáy móng nền đường sắt cao tốc phải thoả mãn bảng 2-16. Đối với chiều cao nền đắp < 3m ngoài thoả mãn bảng 2-11 hoặc 2-13 và 2-14, còn phải thoả mãn yêu cầu bảng 2-16. Đồng thời lòng nền không kẹp tầng đất mềm yếu (tức là lớp đất PS < 1.5MPa hoặc [] < 0.18MPa), nếu không phải sử dụng biện pháp cải tạo đất nền móng hoặc gia cố. Điều kiện đất móng theo yêu cầu của nền đắp đường sắt cao tốc Bảng 2.16 Loại đất đá Tên đất đá Điều kiện nền đường móng Đá gốc Các loại đá Đất đá dăm Đất đá hòn, đất đá dăm, Không điều kiện đất đá. Đất cát Cát cuội, cát khô Không điều kiện Cát vừa, cát nhỏ PS > 5MPa hoặc N > 10 Q3 đất sét cát, đất sét Không điều kiện Q4 đất cát sét PS > 1MPa hoặc N > 4 Đất sét (đất hạt nhỏ) Không điều kiện 1P0.8 hoặc 4N2 Q4 đất sét cát, đất sét PS < 0.8MPa hoặc N < 2 . 2.8. Trị số khống chế và biến dạng của nền đường sắt cao tốc Nđs.126 nhieu.dcct@gmail.com Do tính thuận bằng phẳng của tuyến đường sắt cao tốc đề ra yêu cầu rất cao, bởi thế biến dạng của nền đường – nền móng đường ray trở thành nhân tố chủ yếu khống chế trong thiết kế đường sắt cao tốc. Biến dạng nền đường chủ yếu bao gồm 3 phương diện: nên. 1. Lún tích luỹ của lòng nền đường do giai đoạn khai thác chạy tầu gây 2. Lún đàn hồi của mặt nền đường trong lúc tầu chạy. 3. Lún ép chặt của nền móng và đất đắp bản thân nền đường. 2.8.1. Lún tích luỹ lòng nền đường do chạy tầu khai thác gây ra Lún tích luỹ lòng nền đường ở giai đoạn chạy tầu vận doanh là do tải trọng động của đoàn tầu thông qua lòng đường truyền tới mặt lòng nền gây nên. Đối với đường ray có đá dăm của nền đường đất thông thường, loại lún này có thể xử lý thông qua nâng đường điều chỉnh. Loại lún này là một quá trình lún tích luỹ, làm cho đoàn tầu chạy an toàn và bảo trì cảm giác dễ chịu của khách ngồi tầu, cần thường xuyên tiến hành tác nghiệp duy tu đường ray. Bởi thế trị số giới hạn của lượng lún tích luỹ tương đối lớn, nó có quan hệ đến hình thức duy tu và chi phí duy tu. Căn cứ vào tư liệu của Nhật Bản trị số tổng giới hạn chừng 50mm, tương đương đường kính một hòn đá dăm. Đối với đường sắt tấm bản bê tông, tổng lượng lún cho phép 3cm (bao gồm nén chặt tự trọng đất đắp và lún đất móng), đó là do khả năng lượng điều chỉnh của kết cấu đường sắt tấm bản bê tông quyết định. Hình 2-9. Cường hoá kết cấu lòng nền (Nhật) Trên thực tế nền đường sắt cao tốc không cho phép xuất hiện lún tích luỹ đột biến. Lún tích luỹ chủ yếu xẩy ra ở bộ phận lòng nền đường chịu tải đoàn tầu, đặc biệt là lớp mặt lòng nền tức là lớp chịu lực hoặc lớp chịu tải. Yêu cầu đối với lớp mặt lòng nền đường là cường độ cao, độ cứng lớn, lại có tính đàn hồi thích hợp đồng thời cần có tính ổn định và tính bền vững, làm cho thi công ở mùa ẩm ướt, có thể chịu được tải trọng toa xe chở nặng nén ép mà không hình thành vết lõm. Bởi thế các nước cố gắng tìm ra một loại kết cấu lòng nền hợp lý. Cường hoá kết cấu lớp mặt lòng nền đường của đường sắt Nhật Bản như hình 2-9. Còn sử dụng loại kết cấu lớp mặt lòng nền là cấp phối đá dăm hoặc cấp phối cát đá cuội như hình 2-10. Nđs.127 nhieu.dcct@gmail.com Hình 2-10. Kết cấu lớp mặt nền đường sắt cao tốc. 2.8.2. Biến dạng đàn hồi của nền đường khi tầu chạy cao tốc Dưới tác dụng của tải trọng đoàn tầu, biến dạng của nền đường gồm có biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Biến dạng đàn hồi là khi tầu tốc độ cao chạy qua, tải trọng động đoàn tầu tác dụng rất nhanh gây ra. Nó chủ yếu gây ra ở bộ phận lòng nền đường, nhất là lớp bề mặt lòng nền đường. Biến dạng đàn hồi của nền đường phản ánh trên mặt đỉnh ray. Biến dạng đàn hồi lớn, tốc độ tầu không thể nâng cao. Xác định trị số khống chế biến dạng đàn hồi cần xét tới hai nhân tố: 1) Lớp mặt lòng nền không xẩy ra phá hoại kết cấu. 2) Do biến dạng đàn hồi lớp mặt lòng nền dẫn tới biến dạng đàn hồi lớp mặt đỉnh ray (độ võng đường ray) phải thoả mãn yêu cầu an toàn và dễ chịu của tầu chạy tốc độ cao. Một khi đã xác định được điều kiện kỹ thuật của kết cấu tầng trên và nền đá dăm, thì ảnh hưởng nhân tố đến biến dạng đàn hồi ray là nền đường. Trị số biến dạng đàn hồi nền đường quyết định bởi độ cứng nền đường, chỉ tiêu biểu tượng của độ cứng động nền đường là hệ số biến dạng đàn hồi động. Nó là một trong tham số chủ yếu của toàn bộ đặc trưng động lực học thẳng đứng của hệ thống ray bánh xe, quyết định bởi hàm lượng nước và độ đầm chặt của vật liệu. Độ cứng của nền đường phản ánh chất lượng của nền đường, khi xác định yêu cầu chất lượng của nền đường cần đặt nền đường trong toàn bộ hệ thống kết cấu ray bánh xe để nghiên cứu. Bởi thế cần xét tới 3 phương diện của vấn đề. 1) Thông qua tính toán và phân tích động lực học phán đoán độ cứng của nền đường, liệu có đủ đáp ứng yêu cầu về tính dễ chịu khi ngồi tầu và an toàn của chạy tầu tốc độ cao. 2) Độ cứng của nền đường hoặc tương ứng trị số khống chế biến dạng đàn hồi. 3) Khi lớp mặt lòng nền sử dụng kết cấu đặc biệt (ví như lớp bê tông nhựa của Nhật Bản), thì khống chế biến dạng đàn hồi như thế nào, để không vì kết cấu lớp mặt nứt nẻ mà phá hoại. Sau khi đã giải quyết 3 vấn đề trên, tiến hành căn cứ kết quả thực nghiệm của quan hệ giữa hàm lượng nước, độ chặt của đất và cường độ, mô đun Nđs.128 nhieu.dcct@gmail.com biến dạng của vật liệu nền đường, đề ra yêu cầu khống chế chất lượng vật liệu đắp nền đường. Mô đun đàn hồi M r  d d (2-1) Trong đó: phục. Mr – mô đun đàn hồi; d – áp lực chênh tác dụng trùng phục (1 - z), tức là mức độ áp lực động; d – hệ số rỗng đàn hồi hướng trục. Xác định mô đun đàn hồi nói chung căn cứ vào thực nghiệm 3 trục gia tải trùng Giáo sư Selig (nước Mỹ) đã nghiên cứu quan hệ đặc biệt giữa áp lực chênh và mô đun đàn hồi Mr = k.d đối với đất đắp hạt nhỏ đầm chặt. qua nhiều thực nghiệm và số liệu về các loại đất sét đắp nền, qua phân tích đề ra 3 công thức: RmL = 0.98 – 0.28( - opt) + 0.029( - opt)2 (2-2) 2 RmL = 0.96 – 0.18( - opt) + 0.067( - opt) (2-3) Mr = RmLMr(opt) (d không đổi) hoặc Mr = RmLMr(opt) (công đầm nén không đổi) (2-4) Căn cứ công thức trên có thể đánh giá trị số mô đun đàn hồi của các loại vật liệu đắp đất sét ở mọi trạng thái áp lực và mọi trạng thái vật lý. Trị số khống chế của biến dạng đàn hồi nền đường sắt cao tốc của nước ngoài. Nhật Bản xác định trị số giới hạn biến dạng đàn hồi nền đường là 2,5mm, do xét đến bảo đảm kết cấu cường hoá lòng nền không bị nứt nẻ. Nếu chỉ xét tới ổn định của lòng đường và xét tới giảm thiểu di động ngang của đá dăm thì cho rằng cần khống chế 4mm là được. Như thế nếu bề dày lớp đá dăm lớn chất lượng đá dăm tốt thì biến dạng đàn hồi của lòng nền ảnh hưởng tới lòng nền tương đối nhỏ, trị số cho phép có thể lớn. Ngoài ra nền đá dăm không ổn định thì khối lượng công việc duy tu tăng. Đường sắt cao tốc không cho phép duy tu bận rộn. Bởi thế xác định trị số biến dạng còn xét tới nhân tố khả năng duy tu bảo dưỡng, chi phí và công nghệ duy tu tuyến đường. Từ quan điểm bảo trì kiến trúc tầng trên ổn định, giới hạn cho phép biến dạng đàn hồi nền đường là 4mm. 2.8.3. Lún nén chặt của đất đắp nền đường Lún nén chặt của đất đắp thuộc lún lâu dài là do tự trọng (bao gồm kiến trúc tầng trên) của đất đắp gây nên. Vật liệu đắp rời rạc bao giờ cũng tồn tại lún nén chặt. Lún nén chặt bao gồm lún của giai đoạn thi công và lún sau khi hoàn thành sau khi thi công (tức là lún sau hoàn công). Lún của giai đoạn thi công không cần tính đến vì nó không ảnh hưởng tới thực thi công trình thực tế, bởi mặt nền đường cuối cùng phải đắp tới cao độ thiết kế. Người ta quan tâm là lún sau hoàn công. Nđs.129 nhieu.dcct@gmail.com Khống chế của lún sau hoàn công chủ yếu xét tới 2 nhân tố: 1) Sự gia tăng của khối lượng công trình và chi phí duy tu, tức là quan hệ giữa đầu tư thời kỳ đầu và đầu tư thời kỳ sau. 2) Lún quá lớn (thực tế là không đồng đều) ảnh hưởng tới kết cấu đường sắt và điều kiện thoát nước mặt nền. Lượng lún quá lớn biểu thị đầm nén chặt đất chưa đủ, cường độ thấp, dễ sinh ra hình thành biến dạng không đều. Lún quá lớn còn gây ra phá hoại điều kiện thoát nước ngang mặt nền đường, để xác định một tiêu chuẩn khống chế làm căn cứ thiết kế, cần căn cứ vào tư liệu của nước ngoài và số liệu đo thực tế phân tích phạm vi trị số lún của đất đắp. sau: Trị số khống chế lún nén chặt đất đắp nền đường sắt cao tốc được tính toán như 1) Lượng lún sau khi đắp đất nền đắp – Khi nền đắp là đất hạt thô, đất đá dăm, lượng lún sau khi đắp đất nền đắp là 0.1% ~ 0.3% của chiều cao nền đắp, nói chung chiều cao nền đắp đường sắt cao tốc từ 3 ~ 7m . Lượng lún nén chặt đất đắp nền đắp chừng 0.5 ~ 2.2Cm, tương đương 0.3% chiều cao nền đắp. Khi xây dựng nền đắp là đất hạt nhỏ, lượng lún sau hoàn công là 0.3 ~ 0.5% của chiều cao đất đắp. 2) Tính lượng lún ở móng nền - Đối với nền móng là các loại đá gốc, đất đá dăm, đất đá hòn, đất cát và đất móng là đất sét có Ps > 1.5MPa hoặc [] > 0.18 MPa, nói chung đều không tính lượng lún. Nền móng đất sét ngoài đất ở trên, đặc biệt là nền móng đất yếu, đều phải tiến hành tính toán lượng lún. Tính toán lượng lún tổng bề dày tầng ép co theo áp lực phụ bằng 0.1 áp lực tự trọng để xác định. Tổng lượng lún của đất móng gồm lún cố kết và lún tức thời. Lún cố kết sử dụng phương pháp tính phân tầng tổng hợp, lún tức thời tính theo lý thuyết đàn hồi. 3) ảnh hưởng và suất tốc độ lún nén chặt đất đắp nền đường. Khi thiết kế nền đường, lượng lún dự trữ là căn cứ và tổng lượng lún ở mặt nền đường để xác định. Trên thực tế trong tổng lượng lún nén chặt của đất đắp, có một phần tương đối lớn là đã hoàn thành trong quá trình thi công còn một phần lún sau thi công rất nhỏ. Bởi vì hiện nay vẫn chưa có phương pháp dự tính lún sau hoàn công của nén chặt đất dắp nền đường, phần lớn là công thức kinh nghiệm rất sơ sài, để có thể đánh giá tương đối thực tế, ta khảo sát số liệu công trình nền đường sắt cao tốc của Nhật Bản, thì phần lún nén chặt đất hoàn thành trong thi công khoảng 70 ~ 80%, hoặc có thể cho rằng lượng lún sau hoàn công chiếm 1/3. Xét từ trị số tổng lượng lún, lượng lún lớn nhất sau hoàn công chỉ khoảng 1cm. Ngoài ra có nhiều tư liệu chỉ rõ, lượng lún sau hoàn công đại thể hoàn thành trong 1 năm. Do đó cho rằng đối với công trình nền đường không thể gây ra ảnh hưởng lớn, hoàn toàn có thể thông qua xếp đặt hợp lý thiết kế tổ chức thi công để giải quyết vấn đề đó. Câu hỏi ôn tập chương 2 Câu 1. Đặc điểm nền đường sắt cao tốc Câu 2. Mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền đường sắt cao tốc Nđs.130 nhieu.dcct@gmail.com Câu 3. Hình dạng và chiều rộng mặt nền đường sắt cao tốc Nđs.131 nhieu.dcct@gmail.com . . Nñs.133 nhieu.dcct@gmail.com Chương 3 Tường chắn nền ñường 3. 1. Khái niệm mở ñầu Tường chắn nền ñường là chỉ các loại công trình xây dựng làm cho ñất nền ñường ổn ñịnh, hoặc làm cho khối ñất xung quanh có liên quan ñến trạng thái ñất nền ñường ổn ñịnh. Trong công trình nền ñường thường dùng cho ta luy nền ñắp hoặc nền ñào do ñịa hình hạn chế hoặc khi công trình cần mà không thể xây dựng theo yêu cầu ổn ñịnh như ta luy cao, nền ñào sâu, diện tích lớn, ta luy sau khi ñào bị lộ ra dưới tác dụng của các nhân tố tự nhiên như không khí, nước và nhiệt ñộ, rất dễ dẫn ñến mất ổn ñịnh, khối lượng ñất lớn bóc ñi không có cách ñể xếp ñặt, nền ñắp trên dốc ñứng, tại một bên xuống dốc cần thu hẹp lại ta luy nền ñắp. Lúc ñó có thể ñặt tường chắn ñất tại chân ta luy, chịu áp lực khối ñất núi, giảm bớt lượng phải ñào hoặc thu hồi chân ta luy, làm cho công trình hợp lý về kinh tế. Khi nền ñường xây dựng tại khu vực ñất trượt và chặn lại bằng xây dựng tường chắn. Tại những nơi như cửa ñường hầm, chỗ mố cầu nối liền giữa cầu và nền ñắp ven sông ñều có ñặt tường chắn. Trong công trình nền ñường tường chắn thường kết hợp sử dụng với các công trình cấu tạo có tính năng khác như rãnh thấm tường chắn, phòng xói lở bờ sông, và tường chắn ñất chống ñỡ thân nền ñắp. Trong chương này giới thiệu về tường chắn ñất thường dùng trong công trình nền ñường và phương pháp thiết kế các loại tường chắn. 3.1.1. ứng dụng và phân loại tường chắn ñất trong công trình nền ñường Hình 3.1. Tường chắn vai ñường 3.2. Tường nền ñường Hình Dưới ảnh hưởng của các nhân tố như áp lực ñất và tải trọng phụ…, trạng thái ổn ñịnh kiên cố của nền ñường không ngừng thay ñổi, ñể ñảm bảo nền ñường ổn ñịnh thường sử dụng một số biện pháp gia cố như cải thiện chất ñất của ta luy hoặc móng và ñặt tường chắn. Tường chắn ñất là một trong số ñó, nó ñược sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng với ñất. Tính năng của nó là chống lại áp lực sườn của khối ñất, phòng trừ khối ñất sau tường bị sụt lở. Trong công trình nền ñường, khi gặp nền ñắp cao, nền ñắp dốc ñứng, nền ñắp bờ sông, thường sử dụng tường vai ñường (hình 3-1) hoặc tường nền ñắp (hình 3-2) phòng trừ ta luy nền ñường hoặc ñáy nền di ñộng trượt, thu hẹp chân ta luy của Nñs.134 nhieu.dcct@gmail.com ñất ñắp, giảm bớt khối ñất ñá và chiếm ít ruộng ñất nông nghiệp, tường chắn ñất xây dựng ở ven bờ sông còn có thể phòng hộ cho nền ñường không bị dòng nước xói lở, ñảm bảo bờ ñập và giảm bớt lượng thu hẹp lòng sông. Tường chắn ñất ñặt tại ta luy nền ñào gọi là tường nền ñào (hình 3-3), có thể chắn ñỡ ta luy không ổn ñịnh sau khi ñào, hạ thấp khối lượng gọt bạt và chiều cao gọt bạt ta luy. Tường chắn ñất nền ñào còn thường dùng với tường chắn ñá, tường bảo vệ sử dụng tổng hợp (hình 3-4) ngoài bảo vệ ta luy ra còn có tác dụng bảo vệ nền móng. Ngoài ra còn có tường chắn ñất sườn núi ñể chắn lại sườn núi không ổn ñịnh, ñể tránh xâm chiếm công trình xây dựng hiện có ở tuyến ñường gần kề mà xây dựng tường chắn ñất, ñể rút ngắn ñường hầm hoặc chiều dài hầm mở mà ñặt tại cửa hầm tường chắn ñất, tại nhà ga ñể hành khách lên xuống tầu hoặc tháo dỡ hàng hoá thuận tiện mà ñặt tường thềm ga cùng Hình 3.3. Tường nền ñào tường cánh ñầu cầu. Khi lựa chọn phương án thiết kế tường chắn ñất nên tiến hành so sánh về kinh tế kỹ thuật với các phương án khác nhau. Ví dụ, sử dụng tường chắn ñất nền ñào hoặc sườn núi, thường cùng so sánh với các phương án ñường hầm, hầm mở. . . . hoặc gọt thoải ta luy sử dụng tường chắn ñất nền ñắp hoặc vai ñường thường so sánh với cầu vượt hoặc khối lượng ñắp cao, ñể tìm sự hợp lý cho công trình, (hình 3-3 và 3-4). Căn cứ vào vật liệu xây dựng, Hình 3.4. Tường nền ñào sử lý thuyết tính toán và hình thức cấu dụng tổng hợp. tạo không giống nhau có thể phân tường chắn ñất thành hai loại chủ yếu sau: 1. Tường chắn ñất trọng lực a) Tường chắn ñất kiểu trọng lực lưng tường tuyến thẳng b) Tường chắn ñất kiểu cân bằng trọng lực HÌNH 3-5. TƯỜNG CHẮN ðẤT KIỂU TRỌNG LỰC. Nñs.135 nhieu.dcct@gmail.com a) b) c) a: Kiểu nghiêng, c: Kiểu thẳng ñứng, d) b: Kiểu nghiêng vào, d: Lưng tường gẫy khúc. Hình 3-6. Các dạng lưng tường của tường chắn ñất kiểu trọng lực. Tường chắn ñất mà chủ yếu dựa và trọng lượng của thân tường ñể duy trì sự ổn ñịnh gọi là tường chắn ñất loại trọng lực. Tường chắn ñất trọng lực dùng các loại vật liệu chủ yếu khác nhau: Xây khan ñá phiến, xây vữa ñá phiến, bê tông và gạch, do nguồn vật liệu ñá phong phú lấy tại chỗ thuận tiện không cần thiết bị và kỹ thuật thi công phức tạp, cho nên ñược sử dụng phổ biến. Hình 3-5, là loại chủ yếu của tường chắn ñất trọng lực, trong ñó (hình 3-5b) là tường chắn ñất hình dạng cân bằng trọng lực. Tường chắn ñất dạng cân bằng trọng lực là dựa vào ñất ñắp trên thềm cân bằng trọng lực và trọng lượng bản thân của tường duy trì ổn ñịnh, là một loại hình ñặc biệt của tường chắn ñất dạng trọng lực. ðể thích ứng các loại ñịa hình không giống nhau, ñiều kiện ñịa chất và yêu cầu kinh tế, lưng tường của tường chắn ñất dạng trọng lực có nhiều hình khác nhau (hình: 3-6a, b, c), còn loại lưng tường có ñộ dốc lớn thì lưng tường gẫy khúc và tường chắn ñất dạng trọng lực bền chắc, (hình36d). 2. Tường chắn ñất loại nhẹ Vào thập kỷ 50 của thế kỷ 20 trở lại ñây do tốc ñộ phát triển của kết cấu xây dựng ñường sắt, ñường ô tô, kè, bến cảng, xây dựng ngầm dưới nước. ðể có ñược thiết kế hợp lý về kinh tế nên ứng dụng rất nhiều công nghệ mới, dạng kết cấu của tường chắn ñất có ñược sự phát triển rất lớn, như tường chắn ñất dạng cọc mỏ neo, tường chắn ñất bản ñịnh mỏ neo, tường chắn ñất vách mỏng, cọc chống trượt và tường chắn ñất tăng gân, (hình 3-7) liên tục xuất hiện, những tường chắn này sử dụng nhiều. a) Nñs.136 nhieu.dcct@gmail.com b) c) d) e) a) Tường chắn ñất cọc mỏ neo; c) Cọc chống trượt; e) Tường chắn ñất tăng gân. b) Tường chắn ñất bản mỏ neo; d) Tường chắn ñất kiểu vách mỏng; Hình 3-7. Một số tường chắn ñất loại nhẹ Bê tông cốt thép hoặc xây dựng không phải hoàn toàn bằng ñá, lý thuyết thiết kế tính toán của chúng cũng khác nhau, gọi chung là tường chắn ñất loại nhẹ. Ngoài ra vẫn còn một số dạng kết cấu mới ñang nghiên cứu thí nghiệm, ñó là loại vật liệu kéo gân của tường chắn ñất tăng gân ñất thông thường có dây thép tráng kẽm, hợp kim nhôm, nhựa cứng và sợi hợp thành. 3.1.2. Hệ lực tác dụng trên tường chắn ñất Khi tiến hành thiết kế tường chắn ñất, cần phải tính và tính toán hệ lực tác dụng trên thân tường. Thông thường lực tác dụng căn cứ vào ñộ to nhỏ của nó và thời gian tác dụng phân thành hệ lực chủ yếu, lực phụ và các hệ lực ñặc biệt. 1. Hệ lực chủ yếu - Tự trọng tường chắn ñất G - áp lực ñất chủ ñộng Ea do trọng lượng vật liệu ñắp sau lưng tường với tải trọng ñoàn tầu, mặt ñường và trọng lượng kết cấu tầng trên gây nên. - Tải trọng có hiệu Q ở sau lưng tường(giữa tải trọng có hiệu ñỉnh tường và mặt nứt thứ hai). - Phản lực pháp tuyến ñáy nền R và lực ma sát T. - áp lực nước tĩnh mực nước thông thường và lực ñẩy nổi. Khi nền móng chôn tương ñối sâu, mà tầng ñất ổn ñịnh, không bị dòng nước xói lở phá hoại, kết hợp với ñiều kiện chuyển vị thân tường, thì có thể xét thích hợp lực nén ñất bị ñộng Ep phía trước tường, và các trường hợp bình thường không cần xét. 2. Lực phụ và lực ñặc biệt: trường hợp ñiều kiện ñặc biệt như nước ngầm, ñộng ñất…, còn phải tính ñến tác dụng của lực phụ và lực ñặc biệt a) áp lực nước tĩnh mực nước tính toán; Nñs.137 nhieu.dcct@gmail.com b) áp lực nước ñộng khi mực nước hạ thấp ñột ngột; c) Lực ñộng ñất ở khu vực ñộng ñất; d) áp lực sóng, lực va ñập của vật trôi nổi. Trong thiết kế ảnh hưởng của tải trọng ñoàn tầu ñối với nền ñường, nên căn cứ vào có tải trọng và không có tải trọng ñể phân biệt xem xét, ñối với tường chắn ñất tuyến ñôi, ñường ga…, ngoài việc căn cứ vào tải trọng ñoàn tầu có tác dụng ñến tường còn nên xét tổ hợp có tải trọng không tải của một tuyến, hai tuyến, theo tình hình bất lợi nhất ñể tính toán, (hình 3-8). 3. 2. áp lực ñất Hình 3-8. Hệ lực chủ yếu trên tường chắn ñất. áp lực ñất là tải trọng thiết kế chủ yếu của tường chắn ñất, ñể thiết kế thì phải tìm ñược ñộ to nhỏ, phương hướng, ñiểm tác dụng hợp lực và sơ ñồ phân bố lực men theo chiều cao ñường. Tường chắn ñất là công trình xây dựng, có chiều dài của nó lớn hơn nhiều so với chiều cao và chiều rộng của nó, mặt cắt của nó trong phạm vi dài không thay ñổi, vì thế khi tính toán áp lực ñất lấy một mét dài tường chắn ñất tiến hành phân tích cơ học, mà không xét ảnh hưởng của các bộ phận tường kề với nó, tức là lấy tính toán áp lực ñất ñể xử lý vấn ñề bình diện. ðộ to nhỏ và sự phân bố áp lực ñất quyết ñịnh hình dạng kết cấu, ñộ cứng, góc nghiêng, lưng tường và ñộ nhám của tường chắn ñất, tính chất của thể ñất sau tường, tải lớn hay nhỏ và sự phân bố cùng với trạng thái di chuyển vị trí của tường, lý thuyết cơ học ñất ñã nghiên cứu: Tuỳ theo sự khác nhau của trạng thái di chuyển vị trí sau khi tường chịu lực và biến ñổi nghiêng của thể ñất, áp lực ñất trên tường chắn ñất có thể phân thành áp lực ñất tĩnh tải, áp lực ñất chủ ñộng và áp lực ñất bị ñộng. Tường chắn ñất dưới áp lực sườn sinh ra chuyển vị phía trước một ít, từ ñó làm cho phản lực hướng sườn của khối ñất ñối với tường giảm nhỏ dần, khối ñất có xu thế trượt xuống, lúc này lực chống cắt trong ñất có xu thế tăng lên ñể chống lại xu thế trượt xuống. Khi phản lực hướng sườn của tường giảm ñến một giá trị nào ñó, khối ñất ñạt ñược trạng thái cân bằng chủ ñộng lớn nhất, áp lực tường lúc ñó chính là áp lực tường chủ ñộng, ñó là Ea. Nếu lưng tường nhẵn bóng, căn cứ vào vật liệu xây dựng và ñặc ñiểm sử dụng tường chắn ñất nền ñường, cho phép sản sinh lượng biến dạng nhỏ, vì thế áp lực ñất tường chắn ñất nền ñường tính toán theo áp lực ñất chủ ñộng, áp lực ñất ñược nói ñến ở ñây ñều chỉ áp lực ñất chủ ñộng và chú trọng lưu ý tới áp lực ñất chủ ñộng dưới ñiều kiện biên không giống nhau, dưới ñiều kiện lý thuyết áp lực ñất CuLông. 3.2.1.Tính toán áp lực ñất chủ ñộng của lưng tường thẳng ñứng dưới các ñiều kiện biên Trong công trình nền ñường, mặt ñất sau bố trí tường chắn ñất thường xuyên chịu tải trọng cục bộ hoặc phân bố ñầy, căn cứ vào công thức ñịnh lý Sin của hình học phẳng là tam giác lực bao kín, có thể suy luận ra các công thức tính toán áp lực ñất thực dụng. Trường hợp tường chắn ñất nên ñắp lưng tường nghiêng về phía sau Nñs.138 nhieu.dcct@gmail.com làm ví dụ ñể giới thiệu phương pháp tính toán của áp lực ñất chủ ñộng khi mặt vỡ nứt giao ở ngoài phạm vi phân bố tải trọng (hình 3-9). Mặt ngoài vỡ nứt cho dù giao ở trong hoặc ngoài phạm vi phân bố tải trọng thì diện tích mặt cắt của hình vỡ nứt ñều có thể dùng cùng một công thức sau. S = A0. tgθ – B0 (3-1) Trong ñó: A0, B0 – hệ số ñiều kiện biên, giá trị của nó tuỳ thuộc vào ñiều kiện khác nhau. Diện tích của hình nêm vỡ nứt ABCDEFJN biểu thị (hình 3-9). S= 1 1  1 (a + H ) 2 tgθ −  ab + H (2a + H )tgα  + l0 h0 2 2  2 (3-1a) S = A 0 .tg θ − B 0 A0 = 1 (a + H ) 2 2 B0 = 1 1 ab + H (2a + H )tgα − l0 h0 2 2 Trong ñó: H – chiều cao tường chắn(m); a – chiều cao từ ñỉnh tường chắn ñến vai ñường (m); b – khoảng cách từ vai ñường ñến ñiểm A (m); h0 – chiều cao cột ñất tính ñổi (m); l0 – chiều rông cột ñất tính ñổi (m); θ – góc mặt trượt hợp với phương thẳng ñứng (ñộ); θ0 – góc mặt trượt hợp với phương nằm ngang (ñộ); α – góc nghiêng của lưng tường hợp với phương thẳng ñứng (ñộ), α có thể dương hoặc âm. Nñs.139 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-9. Sơ ñồ tính áp lực ñất ngoài phạm vi phân bố tải trọng mà mặt vỡ nứt giao với mặt nền ñường. Công thức (3-1) thấy rằng, khi ñiều kiện biên ñã xác ñịnh, A0, B0 là thông số và có thể căn cứ vào hình học của mặt cắt hình nêm vỡ nứt ñể tìm. Do vậy, trọng lượng riêng G của hình nêm vỡ nứt là: G = γ(A0 tgθ - B0) (3-1b) Trong ñó: γ - dung trọng ñất ñắp, khi hình nêm vỡ nứt ở trạng thái cân bằng lớn nhất, có dạng hình tam giác lực khép kín (hình 3-9), từ hình tam giác lực căn cứ vào ñịnh lý hình Sin có thể tìm ñược Ea. Ea = G ( ) sin 90 0 − θ − ϕ sin (θ + ϕ + δ − α ) (3-2) Trong ñó: δ – góc ma sát giữa lưng tường với ñất ñắp. ðặt ψ =ϕ+δ-α và lấy công thức (3-1b) thay vào trong công thức (3-2) E a = γ ( A0 tgθ − B0 ) cos(θ + ϕ ) sin (θ + ψ ) (3-3) Ea lúc này là hàm số của θ. Khi θ = 900 - ϕ, R và G trùng hợp, Ea = 0; khi θ =α, G = 0, Ea = 0. Khi θ > α, Ea tăng lên theo mức tăng của θ; khi θ bằng một giá trị nhất ñịnh, Ea là lớn nhất, tức là giá trị áp lực ñất chủ ñộng cần tìm. Do vậy ñể có thể giải bài toán áp lực ñất lên tường chắn, CuLông ñã dùng nguyên lý cực trị ñể ñưa thêm vào một phương trình nữa. Nguyên lý cực trị của CuLông ñề nghị có thể biểu thị theo ñịnh lý của A. A. Gơvôzdep như sau: “ Dạng phá hoại thực của hệ thống tường - ñất ñắp ứng với trị số nhỏ nhất của tải trọng phụ Nñs.140 nhieu.dcct@gmail.com phá hoại”. Trên cơ sở ñó cần chọn góc nghiêng của mặt trượt như thế nào cho lực ñẩy của ñất ñắp lên tường ( tính áp lực ñất chủ ñộng). Như vậy chỉ cần phụ thêm một lực nhỏ (∆P) là tường ở trạng thái giới hạn ổn ñịnh (khả năng trượt hoặc lật). Như vậy lực trượt lớn nhất của ñất ñắp lên tường ñược quy ước gọi là áp lực ñất chủ ñộng của ñất (Ea). Lực chống nhỏ nhất của ñất ñắp lên tường ñược quy ước gọi là áp lực ñất bị ñộng của ñất (Eb). Phương trình thứ 2 của bài toán Culông là: dEa =0 dθ ñược: γA0 tgθ − sin (θ + ψ )sin (θ + ϕ ) − cos(θ + ψ ) cos(θ + ϕ ) + sin 2 (θ + ψ ) ( ) cos(θ + ϕ ) cos 2 θ + sin 2 θ sin (θ + ψ ) cos 2 θ − sin (θ + ψ )sin (θ + ϕ ) − sos (θ + ψ )sos (θ + ϕ ) + γB0 =0 sin 2 (θ + ψ ) γA0 Sau khi chỉnh lý ñồng thời chia cho Cos 2θ ta ñược tg 2θ + 2tgψtgθ − cot gψtgψ − B (tgψ − cot gψ ) = 0 A0 B tgθ = −tgψ ± (tgψ + cot gψ )(tgψ + 0 ) A0 (3-4) Trị θ tìm ñược thay vào công thức áp lực ñất của công thức (3-3) thì ñược áp lực ñất chủ ñộng Ea. ðối với tường nền ñắp, công thức (3-3) và (3-4) có ý nghĩa phổ biến, cho dù mặt vỡ nứt giao ở ngoài phạm vi tải trọng phân bố hoặc trong phạm vi tải trọng phân bố hay trên ñiểm mép tải trọng, chỉ cần dùng giá trị A0, B0 dưới ñiều kiện biên không giống nhau thay vào công thức là có thể tìm ñược áp lực ñất chủ ñộng lớn nhất tương ứng. Ea = γλa A0tgθ − B0 tgθ − tgα (3-5) Trong ñó: λa – hệ số áp lực ñất chủ ñộng. Khi ñộ dốc mặt ñất là i, trong môn cơ học ñất ñã có công thức tính: Nñs.141 nhieu.dcct@gmail.com 1 γH 2 λ a 2 ( 1 − tgαtgi )(tgθ − tgα ) cos(θ + ϕ ) λa = (1 − tgθtgi )sin (θ + ϕ + δ − α ) Ea = (3-6) Khi dốc mặt ñất i = 0, Từ công thức (3-5) tìm ñược λa λa = (tgθ − tgα ) cos(θ + ϕ ) sin (θ + ϕ + δ − α ) (3-7) Nếu chỉ cần tìm áp lực ñất mà không cần tìm góc phá nứt, có thể dùng công thức (3-5), (3-7) trực tiếp tìm ñược, khi cần tìm góc phá nứt, có thể căn cứ vào công thức (3-4) tìm ñược θ trước, sau ñó thay vào công thức (3-5) tìm ñược Ea. ðể ứng dụng thuận tiện khi kiểm toán ổn ñịnh tường chắn ñất, thường lấy áp lực ñất chủ ñộng Ea phân giải là áp lực ñất nằm ngang Ex và lực nén thẳng ñứng Ey, như (hình 3-10a) và 3-10b) là lưng tường nghiêng thoải. Ex = Ea. cos(δ - α) Ey = Ea. sin(δ - α) Hình 3-10. Sơ ñồ áp lực chủ ñộng Ea phân thành Ex và Ey. ðiểm tác dụng của áp lực ñất trên lưng tường và phân bố ứng suất có quan hệ với nhau, căn cứ vào ño ñạc thực tế hiện trường và thí nghiệm sơ ñồ phân bố ứng suất gần giống hình parabol, ñiểm tác dụng hợp lực (tâm hình ứng suất) Zx = (1/3 ~ 1/4)H, muốn tìm ñược Zx rất gần với thực tế là tương ñối khó, hiện tại vẫn chưa có phương pháp tính chính xác. Phương pháp Culông giả ñịnh phân bố theo chiều cao tường thành ñường thẳng thay ñổi, sơ ñồ ứng suất là hình tam giác, ñể xác ñịnh ñiểm tác dụng của áp lực ñất hoặc tìm áp lực ñất trên mặt cắt của tường chắn ñất, cần vẽ hình ứng suất nén ñất. Nếu theo chiều cao H của tường ñể thay thế lượng biến h thì khi chiều cao tường h ñược áp lực ñất chủ ñộng là: E a (h ) = 1 2 γh λ a 2 Lấy Ea(h) ñạo hàm ñối với h, thì ñược ứng suất nén ñất σh ở ñộ sâu Nñs.142 nhieu.dcct@gmail.com h là: σh = dE a (h ) = γ .h.λ a dh Có thể xem σh là hàm số của h, phương hướng của ứng suất nén ñất song song với phương của Ea. Diện tích của ứng suất nén ñất bằng với áp lực ñất chủ ñộng Ea. Muốn tìm ñược hình phân bố ứng suất nén ñất và ñiểm tác dụng hợp lực dưới ñiều kiện biên, (hình 3-9), lấy ñại lượng biến ñổi h thay thế chiều cao tường. Căn cứ vào công thức (3-7) có. λa = (tgθ − tgα ) cos(ϕ + θ ) sin (θ + ψ ) E a = λa γ A0 tgθ − B0 tgθ − tgα Trong ñó: 1 (a + H ) 2 2 1 1 B0 = ab + H (2a + H )tgα − l0 h0 2 2 ψ = ϕ + δ −α A0 = (3-8) Có thể lấy Ea là hàm số của h, lấy Ea ñạo hàm ñối với h ñược ứng suất nén ñất là: σh = γ. λa. (a + h0 +H) (3-9) Nñs.143 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-11. ứng suất nén ñất ngoài phạm vi phân bố tải trọng mà mặt vỡ nứt giao với mặt nền ñường. Trong (hình 3-11) qua N, G, D kẻ ñường song song với BC và giao với lưng tường AB tại ñiểm J, L, M. Thiết lập chiều cao từng ñoạn của lưng tường AJ, JL, LM, MB tương ứng có h1, h2, h3 và h4. Theo quan hệ hình học ta có giá trị của h là: b − atgθ tgθ − tgα K h2 = tgθ − tgα l0 h3 = tgθ − tgα h4 = H − h1 − h2 − h3 h1 = (3. 10) Tại ñỉnh tường A, chiều cao ñất ñắp là 0, áp lực ñất cũng không chịu ảnh hưởng của cột ñất h0 = 0; H = 0 do vậy σh = 0, trong phạm vi chiều cao h1 của tường, khi h = 0 tăng ñến h1, thì chiều cao cột ñất cũng tăng dần và vẫn không chịu ảnh hưởng của cột ñất h = 0; Từ công thức (3-9) có thể thấy ứng suất σh là hàm số của h [σh = f(h)] Biểu ñồ ứng suất nén ñất là ñường thẳng, ứng suất nén ñất ở dưới ñỉnh tường h1 là: σ1 = γ(a + h1)λa Trong phạm vi chiều cao h2 của tường, chiều cao ñất ñắp là hằng số a, tại bên trái ñiểm G có cột ñất h0 = 0, tại bên phải ñiểm G có cột ñất h0, vậy căn cứ vào công thức (3-9) tính ñược ứng suất nén ñất tại vị trí dưới ñỉnh tường h1 + h2 là σ2 = γλa[a+(h1+h2)] = σ1+ γh2λa. σ’2 = γλa[a+h0+(h1+h2)] = σ1+ γ(h0+h2)λa. Còn phạm vi chiều cao h3 tường, vì h0 là hằng số, ứng suất nén ñất tuỳ theo sự tăng lên của h, có kết qủa tính σ3 là: σ3 = γλa[a+(h1+h2+h3)] = σ1+ γ(h2+h3)λa. σ’3 = γλa[a+(h1+h2+h3) +h0] = σ1+ γ(h2+h3+h0)λa. Tại ñáy tường ñiểm B, chiều cao của ñất ñắp a có ảnh hưởng, h = H, ứng suất nén ñất là: σH= γ(a+H)λa Vậy áp lực ñất chủ ñộng Ea là: 1 1 1 1 E a = σ 1 h1 + (σ 1+σ 2 )h2 + (σ 2 '+σ 3 ')h3 + (σ 3 + σ H )h4 2 2 2 2 Khoảng cách vuông góc Zx giữa ñiểm tác dụng của Ea và ñáy tường theo tâm biểu ñồ ứng suất nén ñất là: Nñs.144 nhieu.dcct@gmail.com ( ) H 3 + α 3H 3 − 3h1H + h13 + 3h0 h3 (h3 + 2h4 ) ZX = 3 H 2 + 2aH − ah1 + 2h0 h3 ( ) Khoảng cách giữa phân lực vuông góc của Ea và thân tường là: Zy = B + Zx. tgα Ví dụ 3-1: Tường chắn ñất có kích thước (hình vẽ 3-12), có dung trọng ñất sau tường γ = 17,0 kN/m3, góc ma sát trong ϕ = 300, δ = 200, chiều cao tường H= 6m. Hãy tính áp lực ñất tường chắn phải chịu. Hình 3-12. Tường chắn ñất. Giải: 1) Tìm góc phá nứt lớn nhất: tgα = 0,2; α = arctg0,2 = 11,30; ψ = ϕ + δ - α = 300 + 200 – 11,30 = 38,70; tgψ = tg38,70 = 0, 8. ðặt mặt phá nứt giao ở ngoài phạm vi phân bố tải trọng, dùng công thức 3 của bảng (phụ lục 2) tính ñược. 1 1 A0 = H 2 = × 6 2 = 18 2 2 1 2 B0 = H tgα − l0 h0 = 18 × 0.2 − 3.5 × 3.2 = −7.6 2 B0 − 7 . 6 = = −0.422 18 A0 tgθ = −tgψ ± tgθ = −0.8 ±    A0  (tgψ + cot gϕ ) tgψ + B0  (0.8 + 1.732)(0.8 − 0.4222 ) tgθ = −0.8 ± 0.978 =0. 178 hoặc -1.778 Nñs.145 nhieu.dcct@gmail.com Lấy tgθ = 0. 178 có: 6 × 0. 178 = 1. 068m < 6 × 0. 2 +1, 2 = 2. 4m. Vậy mặt nứt giao ở trên vai ñường không tải trọng, không phù hợp với giả thiết. Còn mặt nứt giao ở trong phạm vi phân bố tải trọng, dùng công thức 2 của bảng phụ lục 2 ñể tính toán. 1 1 H (H + 2h0 ) = × 6(6 + 2 × 3.2 ) = 37.20 2 2 1 B0 = H (H + 2h0 )tgα + K .h0 = 37.20 × 0.2 + 1.2 × 3.2 = 11.28 2 A0 = tgθ = −tgψ ± tgθ = −0.8 ±    A0  (tgψ + cot gϕ ) tgψ + B0  (0.8 + 1.732) 0.8 + 11.28  = −0.8 ± 1.671  37.20  tgθ = 0.781, hoÆc- 2.471 tgθ = 0. 871, θ = 41. 060 có kết quả: 0. 871 × 6 = 5. 226m < 1. 2 + 1. 2 + 3. 5 = 5. 9m Phù hợp với giả thiết. Lấy 2) Tìm trị số áp lực ñất và vị trí ñiểm ñặt lực. cos(θ + ϕ ) cos 71.06 0 = (0.871 − 0.2 ) × sin (θ + ψ ) sin 79.76 0 0.325 λ a = 0.671 × = 0.2216 0.984 cos(θ + ϕ ) E a = γ ( A0 tgθ − B0 ) sin (θ + ψ ) E a = 17.0(37.2 × 0.871 − 11.28) × 0.33 = 118.48 kN m 0 kN E X = E a cos(δ − α ) = 118.48 × cos 8.7 = 117.12 m 0 EY = E a sin (δ − α ) = 118.48 × sin 8.7 = 17.93 kN m K 1 .2 h1 = = = 1.79m tgθ − tgα 0.871 − 0.2 λ a = (tgθ − tgα ) h2 = H − h1 = 6 − 1.79 = 4.21m H 3 + 3h0 h22 6 3 + 3 × 3.2 × 4.212 = ZX = 3 H 2 + 2h0 h2 3 6 2 + 2 × 3.2 × 4.21 ( = Nñs.146 nhieu.dcct@gmail.com ) ( 216 + 170.31 = 2.045m 188.87 ) Z Y = B + Z X tgα = 2.4 + 2.045 × 0.2 = 2.81m σ 0 = γ .h0 .λ a = 17.0 × 3.2 × 0.2216 = 12.06 kN σ H = γ .H .λ a = 17.0 × 6 × 0.2216 = 22.60 kN m2 m2 3) Vẽ sơ ñồ ứng suất nén của ñất Như hình 3-12, căn cứ vào tính toán h1, h2, σ0, σh ñể vẽ biểu ñồ ứng suất nén ñất lưng tường chắn ñất, biểu ñồ ứng suất này biểu thị sự phân bố ứng suất và lực chủ ñộng Ea. 3.2.2. Tính toán áp lực ñất chủ ñộng của lưng tường gãy khúc Lưng tường gẫy khúc của tường chắn ñất cân bằng trọng lực và tường chắn ñất lưng lồi (hình 3-13), phần phía trên ñiểm chuyển gẫy O gọi là tường trên, phần phía dưới gọi là tường dưới, thường lấy tỷ lệ H1: H2 = 2: 3. Khi tính toán áp lực ñất, áp lực ñất σ1 của tường trên và áp lực ñất σ2 tường dưới, tổng hợp lại là áp lực ñất toàn bộ tường Ea. áp lực ñất tường trên theo lưng tường giả thiết hoặc lưng tường thực tế AO, không tính ñến ảnh hưởng của tường dưới, dùng công thức lưng tường ñường thẳng Culông tính E1, khi có khả năng xuất hiện mặt nứt thứ hai thì sử dụng công thức mặt nứt ñể tính toán. Dưới ñây là hai phương pháp thường dùng ñể tính áp lực ñất và áp lực ñất của toàn bộ tường. H×nh 3-13. T−êng ch¾n ®Êt l−ng t−êng gÉy khóc. 1. Ph−¬ng ph¸p kÐo dµi l−ng t−êng Nh− (h×nh 3-14), lÊy l−ng t−êng phÝa d−íi BO kÐo dµi giao víi mÆt ®Êt t¹i ®iÓm A’, coi AB’ lµ l−ng t−êng gi¶ thiÕt, theo c«ng thøc Cul«ng tÝnh to¸n ¸p lùc ®Êt vµ vÏ biÓu ®å ph©n bè øng suÊt nÐn ®Êt (h×nh 3-14c), lÊy biÓu ®å øng suÊt bé phËn chiÒu cao H2 t−êng d−íi lµm ¸p lùc ®Êt t−êng phÝa d−íi, lÊy biÓu ®å øng suÊt t−êng phÝa trªn (h×nh 3-14b) vµ chång lªn t−êng d−íi, tøc lµ biÓu ®å øng suÊt nÐn ®Êt toµn bé t−êng (h×nh 3-14d) Nñs.147 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-14. Tính toán áp lực ñất bằng phương pháp kéo dài lưng tường. 2. Phương pháp ña giác lực Căn cứ vào hình ña giác lực thực tế của hình nêm vỡ nứt dưới ñiều kiện cân bằng lớn nhất tìm áp lực ñất tường dưới, không cần trợ giúp của lưng tường giả thiết, có thể tránh sai sót do hình tổng ứng suất cắt lấy áp lực ñất tường phía dưới. Hình 3-15 là một tường chắn ñất lưng lồi gẫy khúc hình nêm vỡ nứt AB’BD dưới ñiều kiện cân bằng lớn nhất có hình ña giác abcd, trong ñó abf là hình tam giác lực hình nêm vỡ nứt AB’D’ tường trên, bcdf là hình ña giác lực hình nêm vỡ nứt D’B’BD tường dưới, từ tam giác ∆edf có thể giải tìm E2 là: cos(θ + ϕ ) E 2 = G2 − ∆E (3-11) sin (θ + ϕ + δ 2 − α 2 ) Các bước xác ñịnh G2 và ∆E là: - Tìm áp lực ñất E1 tường trên và từ tam giác lực ∆abf xác ñịnh R1 = E1 - cos(α 1 + δ 1 ) cos(ϕ + β ) R1 là: Tìm G2 và căn cứ vào phương hướng của σ2, trị của R2 tạo thành ña giác lực bcdf, do trong tam giác ∆ceg tìm ñược ∆E, từ ñó xác ñịnh ñược E2. G2 = γ. (A0tgθ - B0) 1 2 A0 = (H1 + H 2 ) 2 1 1 B0 = H 2 (2 H1 + H 2 )tgα 2 + H12tgβ − [l0 + K − H 1 (tgα1 + tgβ )].h0 2 2 sin (θ − β ) × R1 ∆E = sin (θ + ϕ + δ 2 − α 2 ) Lấy ∆E thay vào công thức (3-11) và cho ψ = ϕ + δ2 - α2 thì có thể tìm ñược E2 là: E2 = γ Nñs.148 nhieu.dcct@gmail.com cos(θ + ϕ ) ( A0 tgθ − B0 ) − R1 sin (θ − β ) sin (θ + ψ ) sin (θ + ψ ) (3-12) dE2 = 0 có thể dθ tìm ñược góc nứt tương ứng giá trị E2 lớn nhất, tức góc nứt giới hạn lớn nhất là: Từ công thức (3-12) có thể thấy E2 là hàm số của góc nứt θ cho, Hình 3-15. Tính áp lực ñất bằng phương pháp ña giác lực. tgθ = −tgψ ±  R1 sin (ψ + β ) A0  γ . A0 sin ϕ . cosψ  (tgψ + cot gϕ ) tg + B0  −  (3-13) Từ công thức (3-13) thay vào công thức (3-12) ñược áp lực ñất tường phía dưới E2, ñiểm tác dụng của nó do hình phân bố ứng suất xác ñịnh, biểu ñồ ứng suất ở (hình 3-14) biểu thị ñộ to nhỏ của ứng suất (không biểu thị phương hướng) H 23 + 3H1 H 22 + 3h0 h1 (2 H 2 − h1 ) ZX = 3[H 2 (H 2 + 2 H 1 ) + 2h0 h1 ] Trong ñó: h1 = H 2 [l0 + K − H1 (tgα1 + tgβ )] (H1 + H 2 )tgθ − H 2tgα 2 − H1tgβ Z Y = B + Z X tgα 2 Phản lực nằm ngang và phản lực thẳng ñứng của áp lực ñất tường dưới là: E 2 X = E cos(δ 2 − α 2 ) E 2Y = E 2 sin (δ 2 − α 2 ) Việc tính toán ở trên chỉ phù hợp với ñiều kiện biên (hình 3-15), bảng phụ lục 3 là ví dụ: Phương pháp hình ña giác lực xem xét ảnh hưởng của áp lực ñất tường trên ñối với tường dưới, ñáp ứng ñược ñiều kiện khép kín véc tơ trong cân bằng tĩnh khép kín. Vì thế mà loại bỏ ñược các sai sót tồn tại trong phương pháp kéo dài lưng tường. Nhưng trong khi tính toán tường trên vẫn chưa xem xét tồn tại của tường dưới, nên Nñs.149 nhieu.dcct@gmail.com giá trị tính toán và giá trị ño ñạc thực tế thường chênh lệch tương ñối lớn. Theo các tài liệu tính toán của ñường sắt Trung Quốc về giá trị tính toán của tường trên E1 chỉ ñạt khoảng 50% giá trị ño ñạc thực tế, còn giá trị tính toán của tường dưới E2 bằng 150% của giá trị ño ñạc thực tế. Nhưng bất kỳ giá trị ño ñạc thực tế nào cũng có ñiều kiện giới hạn nhất ñịnh. Do vậy khi tính toán cần nghiên cứu ñầy ñủ biên ñộ thay ñổi và xác ñịnh giá trị của các loại tham số tính toán, ñể ñưa vào phương trình và gia tăng hệ số an toàn ñể xử lý. Ví dụ 3-2: Cho tường phía trên có tgα1 = 0,65, β = 250, E1X = γ = 18 kN/m3, 58,07 kN/m, tường phía dưới có tgα2 = 0,25; dung trọng ñất ñắp 0 góc ma sát trong ϕ = 35 góc ma sát lưng tường δ1= δ2 = 1/2ϕ = 17,50. Hãy dùng phương pháp ña giác lực tìm ñiểm tác dụng và áp lực ñất chủ ñộng tường phía dưới E2, sơ ñồ (hình 3-16). Giải: Thành lập mặt nứt giao ở ngoài tải trọng tgα1 = 0. 65, α1 = 33. 020 tgα2 = 0. 65, α2 = 14. 040 ψ = ϕ + δ2 - α2 = 350 + 17. 50 – 14. 040 = 38. 460 tgψ = tg38. 460 = 0. 794 58.07 E1 X = = 116.40 KN R1 = cos(ϕ + β ) 0 .5 1 1 2 A0 = (H1 + H 2 ) = × 82 = 32 2 2 1 1 B0 = H 2 (2 H1 + H 2 )tgα 2 + H12tgβ 2 2 − [l0 + K − H1 (tgα1 + tgβ )]× h0 1 1 × 5(5 + 2 × 3) × 0.25 + × 32 × 0.466 2 2 − [3.5 + 1.0 − 3(0.65 + 0.466 )] × 3.2 = 6.88 + 2.09 − 3.69 = 5.28 = tgθ = −tgψ ± = −0.794 ±  (tgψ + cot gϕ ) tgψ +  B0 A0  R1 sin (ψ + β )  −  A0 .γ . sin ϕ .Cosψ (0.794 + 1.428) 0.794 + 5.28  − 103.95  32  258.88 = - 0. 794±1. 315 = 0. 521 hoặc - 2. 019 tgθ = 0. 521; θ =27. 520 1. 6 + 1 + 3. 5 = 6. 1m < 2. 3 + 8 × 0. 521 = 6. 47m Như vậy phù hợp giả ñịnh. Xác ñịnh áp lực chủ ñộng E2. Nñs.150 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-16. Sơ ñồ xác ñịnh E2. E2 = γ cos(θ + ϕ ) ( A0tgθ − B0 ) − R1 sin (θ − β ) sin (θ + ψ ) sin (θ + ψ ) cos 62.520 sin 2.520 ( ) × − − 32 0 . 521 5 . 28 116 . 14 sin 65.980 sin 65.980 = 18 × 0.505 × 11.39 − 5.59 = 97.95 KN m H 2 [l0 + K − H1 (tgα1 + tgβ )] h1 = (H1 + H 2 )tgθ − H 2tgα 2 − H1tgβ = 18 5[3.5 + 1 − 3(0.65 + 0.466 )] 5.76 = = 3.79m 8 × 0.521 − 5 × 0.25 − 3 × 0.466 1.52 H 3 + 3H1H 22 + 3h0 h1 (2h2 − h1 ) = 2 3[H 2 (H 2 + 2 H1 ) + 2h0 h1 ] = Z2 X 125 + 3 × 75 + 3 × 75.31 575.93 = = 2.42m 3 × (55 + 24.26 ) 237.78 = B + Z 2 X tgα 2 = 2.3 + 2.42 × 0.25 = 2.91m = Z 2Y Phản lực thẳng ñứng và nằm ngang của áp lực ñất tường dưới là: E 2 X = E 2 cos(δ 2 − α 2 ) = 97.95x0.998 = 97.75kN/m E 2Y = E 2 sin (δ 2 − α 2 ) = 97.95 x0.060 = 5.88kN / m 3.2.3. Tính toán áp lực ñất mặt nứt thứ 2 3.2.3.1. ðiều kiện của mặt nứt vỡ thứ hai xuất hiện Lưng tường trên của tường chắn ñất kiểu cân bằng trọng lực do có bệ cân bằng trọng lực, thông thường coi tuyến nối của mép trong ñỉnh tường và mép sau bệ cân bằng trọng lực là lưng tường, giả thiết tường chắn ñất kiểu công son, cũng có thể coi tuyến nối giữa mép trong ñỉnh tường và gót chân tường là lưng tường giả thiết, theo công thức Culông tính toán áp lực ñất, (hình 3-17). ðất nêm giữa lưng tường giả thiết Nñs.151 nhieu.dcct@gmail.com và lưng tường thực tế cùng di ñộng, góc ma sát lưng tường δ của lưng tường giả thiết tức là góc ma sát trong của ñất ñắp ϕ. Khi ñộ dốc lưng tường lồi ( bao gồm lưng tường giả thiết ) bằng thoải, trong khối ñất ñắp sau lưng tường có khả năng sinh mặt nứt thứ hai, khối ñất trượt lúc này không trượt theo lưng tường (bao gồm lưng tường giả thiết ) mà trượt theo mặt nứt thứ hai (hình 3-17c), cho nên ñối với lưng tường úp nghiêng phẳng thoải ( bao gồm lưng tường giả thiết ) nên kiểm tra mặt nứt thứ 2 xuất hiện hay không, nếu xuất hiện mặt nứt thứ 2 thì phải tính toán áp lực ñất theo mặt nứt thứ 2. 17. Lưng Hình 3tường giả thiết và mặt vỡ thứ hai. ðiều kiện xuất hiện mặt nứt thứ 2: Góc nghiêng α của lưng tường hoặc lưng tường giả thiết lớn hơn góc nghiêng αi của mặt nứt thứ 2, tức là lưng tường giả thiết không gây trở ngại cho sự xuất hiện mặt nứt thứ 2, α > αi (hình 3-18). Tổng áp lực tác dụng ở lưng tường hoặc trên mặt A’B lưng tường giả thiết ( hình 3-18a), dẫn ñến lực trượt xuống NQ nhỏ hơn lực chống trượt NE trên mặt này, tức là ñất nêm không thể trượt theo mặt A’B (hình 3-18b). ðiều kiện này cũng có nghĩa là áp lực ñất Ea và góc lệch ρ của hợp lực Q và áp lực nhỏ hơn góc ma sát lưng tường δ, tức là ρ < δ. Căn cứ vào (hình 3-18c), khi ρ < δ; Ex. tg(α + δ) > Ey + Q ( hoặc NE > NQ), trong ñó Q là trọng lượng ñất nêm giữa mặt nứt thứ 2 và thân tường. Do vậy cũng có thể dùng cách này ñể kiểm toán. 3.2.3.2. áp lực ñất mặt vỡ nứt thứ hai Khi dùng phương pháp Culông tìm áp lực ñất của mặt vỡ thứ hai, áp lực ñất chủ ñộng tác dụng trên mặt thứ 2 là hàm số của 2 góc nghiêng mặt nứt, cũng có nghĩa là hai góc nứt, tức là có góc nứt αi gần lưng tường và góc nứt βi xa lưng tường Nñs.152 nhieu.dcct@gmail.com (hỡnh 3-17c), áp lực ñất là hàm số của αi và βi. Hình 3-18. Sơ ñồ mặt nứt thứ hai. Căn cứ vào phạm vi mặt nứt có khả năng xuất hiện, có thể phân thành 3 trường hợp sau: 1. Hai góc nghiêng của mặt nứt ñều là biến số Khi hai góc nghiêng của mặt nứt ñều là biến số chưa biết, ñiểm giống nhau giữa quá trình suy diễn và phương pháp tìm áp lực ñất trước ñây là vẽ ña giác lực của hình nêm vỡ nứt cân bằng lớn nhất, ñiểm khác nhau là tìm phản lực nằm ngang Ex của Ea trước sau ñó thông qua phương pháp véc tơ tìm Ey và Ea, tức là Ex = f(αi, βi) Khi lấy Ex làm trị số lớn nhất ở ñiều kiện biên cực hạn, xuất hiện mặt nứt thứ hai tức là: ∂E x ∂E ∂ 2 Ex ∂ 2 Ex = 0; x = 0; < 0 − ∂α i2 × ∂β i2  ∂α i × ∂β i  Công thức trên có thể suy diễn ra công thức của hai góc tách dưới ñiều kiện biên ở (hình 3-19). ( ) 1 1 90 0 − ϕ − (ε − i ) 2 2 1 1 β i = 90 0 − ϕ + (ε + i ) 2 2 α1 = ( Trong ñó: ε = arcsin ) (3-14) sin i sin ϕ Dưới ñây lấy mặt nứt thứ nhất trong tường chắn ñất nền ñắp kiểu cân bằng trọng lực giao với ta luy làm ví dụ (hình 3-19) thông qua ña giác lực ñể tìm công thức và các bước của áp lực ñất chủ ñộng tác dụng trên mặt nứt thứ hai. Hình 3-19. Nñs.153 nhieu.dcct@gmail.com áp lực ñất trên mặt cắt nứt hai. E x tg (α i + ϕ ) + E x tg (β i + ϕ ) = G Suy ra: G tg (α i + ϕ ) + tg (β i + ϕ ) Ex = G= (3-15) 1 AC × h".γ 2 Trong ñó: AC = h" [tg (α i − i ) + tg (β i + i )]. h" = H 1 sec α × cos (α − i ) = (m + n )H 1 sin i Do vậy: G= γ [H 1 sec α . cos(α − i )]2 × [tg (α i − i ) + tg (β i + i )] 2 Lấy G thay vào công thức (3-15) ñược kết quả: γ 2 tg (α i − i ) + tg (β i + i ) E x = [H 1 sec α 1 . cos(α − i )] tg (α i + ϕ ) + tg (β i + ϕ ) 2 (3-16) Lấy công thức (3-14) thay vào công thức (3-16) ñược kết quả (3-17). Ex = γ h"2 [1 − tg (ϕ − i )tg (β i + i )] × cos 2 (ϕ − i ) 2 2 E y = E x tg (α i + ϕ ) (3-17) E a = E x sec(α i + ϕ ) Vị trí của ñiểm tác dụng áp lực ñất do biểu ñồ phân bố ứng suất trên mặt nứt thứ hai xác ñịnh. Biểu ñồ phân bố ứng suất có thể căn cứ vào hệ số áp lực ñất chủ ñộng λa tính toán ra giá trị ứng suất các ñiểm, sau ñó vẽ biểu ñồ. Biểu ñồ ứng suất trong hình (hình 3-19a), ñồng thời biểu thị ñộ to nhỏ, phương hướng, ñiểm tác dụng của áp lực ñất σ h = γ .h.λ a (1 + tgα i tgi ) × (tgα i + tgβ i ) × cos(β i + ϕ ) (1 − tgβ i tgα i ) × sin (β i + α i + 2ϕ ) h = h" sec(α i − i ) × cos α i λa = 1 1 Z x = h = h" sec(α i − i ) × cos α i 3 3 Các công thức trên tính toán dưới ñiều kiện biên cụ thể, bảng phụ lục 4 ñã liệt kê công thức sơ ñồ tính toán. Nñs.154 nhieu.dcct@gmail.com Ví dụ 3-3: Như hình 3-20; cho biết góc ma sát trong của ñất cân bằng trọng lực ϕ = 350, dung trọng γ = 18kN/m3, chiều cao tường trên H1= 4m, B1 = 3m, tgα = 3/ 4 1: m = 1: 4, i = 14, 040. = 0, 75; góc α = 36, 870, ñộ dốc ta luy sau tường Hãy tìm áp lực ñất chủ ñộng và hình phân bố áp lực ñất tác dụng trên mặt nứt thứ 2 Hình 3-20. Giải: a. Xác ñịnh góc nứt và tính toán áp lực ñất. sin i 0.243 = arcsin = 25.06 0 sin ϕ 0.574 1 1 α i = 90 0 − ϕ − (ε − i ) 2 2 1 1 = 90 0 − 35 0 − 25.06 0 − 14.04 0 2 2 0 0 = 27.5 − 5.51 = 21.99 0 = 22 0 ε = arcsin ( ) ( ( ) ( ) ) 1 1 90 0 − ϕ + (ε − i ) 2 2 0 0 = 27.5 + 5.51 = 33.010 = 33 0 βi = h" = H 1 sec α . cos(α − i ) = 4 × 1.25 × 0.922 = 4.61m 1 2 E x = γ .h"2 [1 − tg (ϕ − i ) × tg (β i + i )] + cos 2 (ϕ − i ) 2 1 E x = × 18 × 4.612 1 − tg 35 0 − 14.04 × tg 33 0 + 14.04 2 2 E x = 191.27 × [1 − 0.383 × 1.074] × 0.872 = 57.79 kN m [ ( ) ( ( ) )] 2 ( × cos 2 35 0 − 14.04 0 E y = E x tg (α i + ϕ ) = 57.79 × tg 22 0 + 35 0 = 57.79 × 1.54 = 88.99 kN ) m Vậy: Nñs.155 nhieu.dcct@gmail.com E a = E x sec(α i + ϕ ) = 57.79 × 1.836 = 106.11 kN h = h" sec(α i − i ) cos α i ( m ) h = 4.61 × sec 22 0 − 14.04 0 × cos 22 0 = 4.32m b) Tìm ñiểm tác dụng của áp lực ñất là 1 1 Z x = h = × 4.32 = 1.44m 3 3 Z y = B − Z x tgα i = 3.8 − 1.44 × tg 22 0 = 3.22m c) Tìm hệ số áp lực ñất chủ ñộng và biểu ñồ ứng suất nén ñất. λa = λa = λa = (1 + tgα i tgi )(tgα i + tgβ i ) × cos(β i + ϕ ) (1 − tgβ i tgi ) × sin (β i + α i + 2ϕ ) (1 + tg 22 tg14.04 )× (tg 22 + tg 33 )× cos(33 + 35 ) (1 − tg 33 tg14.04 )× sin (33 + 22 + 70 ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (1 + 0.101) × 1.053 × 0.375 = 0.435 = 0.634 0.838 × 0.819 0.686 Vậy σ h = 18 × 4.32 × 0.634 = 49.30 kN m2 2. Trong 2 mặt nứt ñã biết vị trí xuất hiện một mặt, góc nghiêng của mặt khác là biến số nghĩa là: Ea = f(αi) hoặc Ea = f(βi) Vị trí của một mặt nứt có thể căn cứ vào quan hệ hình học tìm ñược, còn vị trí của mặt nứt khác và công thức tính toán áp lực ñất có thể do giản hoá công thức Culông (δ = ϕ) tìm ñược ( như ví dụ 3-4) 3. Hai mặt nứt ñều ñã biết vị trí xuất hiện bao gồm một mặt nứt trùng với lưng tường, một mặt nứt khác qua tải trọng cục bộ giao ñiểm với mặt nền ñường, hoặc qua hai mặt nứt ñều qua tải trọng cục bộ giao với mặt nền ñường, lúc này vị trí của hai mặt nứt có thể căn cứ vào sơ ñồ hình học xác ñịnh, công thức tính toán áp lực ñất giống như hai trường hợp trên: Khi mặt nứt thứ hai trùng hợp với lưng tường hoặc lưng tường giả thiết, góc ma sát trong lưng tường nên căn cứ vào tình hình thực tế ñể chọn, công thức tính toán áp lực ñất giống với công thức áp lực ñất chủ ñộng dưới các ñiều kiện biên của tường chắn ñất kiểu trọng lực nói chung, (hình 3-21). Nñs.156 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-21. Ví dụ 3-4: Cho chiều cao tường chắn ñất vai ñường kiểu cân bằng trọng lực H = 3, 2m, ñất ñắp sau tường có ϕ = 400, γ = 19kN/m3, tải trọng ñoàn tầu và mặt cắt thân tường (hình 3-21). Hãy tìm áp lực ñất và ñiểm tác dụng của nó. Giải: a. Giả ñịnh góc nứt vỡ Giả ñịnh góc αi giao với mép sườn trong tải trọng, góc βi giao với tải trọng, từ công thức 1 trong phụ lục 4 có thể biết. 1.28 + 0.8 = 0.65 3 .2 0.85 K = 0.65 − = 0.3844 tgα i = tgα − 3.20 H i1 tgα = Trong ñó: ψ = 2ϕ + α i = 2 × 400 + 21002' = 101002' tgψ = −5.1286 (tgψ + cot gϕ )× (tgψ − tgα i ) tgβ i = 5.1286 ± (− 5.1286 + 1.1918) × (− 5.1286 − 0.3844 ) tgβ i = −tgψ ± tgβ i = 0.4699 Vậy góc βi = 25010’ Xác ñịnh H1(tgαi + tgβi) = 3. 20(0. 384 + 0. 4699) = 2. 73m 2.73m < 3. 1m, vậy công thức sử dụng phù hợp với giả thiết. Nếu không sử dụng ñường cong phán ñoán thì nên giả thiết nhiều lần vị trí xuất hiện của αi, βi ñể tiến hành tính toán, sau ñó tính toán áp lực ñất Ea. b. Tính toán áp lực ñất và ñiểm ñặt lực vào tường chắn. 1 1 H 1 (H 1 + 2h0 ) = × 3.2 × (3.2 + 2 × 3.1) = 15.04 2 2 B0 = − A0 tgα i = −15.04 × 0.3844 = −5.7184 A0 = E a = γ ( A0 tgβ i − B0 ) cos(β i + ϕ ) sin (2ϕ + α i + β i ) Nñs.157 nhieu.dcct@gmail.com 0.42 = 127.04 kN m 0.807 E x = E a × cos(ϕ + α i ) = 127.04 × cos 610 02' = 61.54 kN m 0 kN E y = E x × sin (ϕ + α i ) = 127.04 × sin 61 02' = 111.13 m Ea = 19 × (15.04 × 0.4699 + 5.7814 ) × h0 H1  1 + 3  H 1 + 2h0  3 .2  3 .1   = × 1 +  = 1.42m 3  3 .2 + 2 × 3 .1   Z y = B − Z x tgα i = 2.74 − 1.42 × 0.3844 = 2.19m Zx = 3.2.3.3. ðường cong phán ñoán ñể tính toán áp lực ñất mặt nứt thứ hai Do ñiều kiện biên của tường chắn ñất nền ñường sắt rất phức tạp, khi tính toán áp lực ñất, ñầu tiên cần giả ñịnh vị trí xuất hiện của mặt nứt (tức là trường hợp giao với trong tải trọng, ngoài tải trọng, mép tải trọng, vai ñường hoặc ta luy. . . ) sau ñó chọn dùng công tức ñể tính toán tương ứng và nghiệm chứng. Nếu không phù hợp với giả ñịnh cần tính toán lại. ðể ñơn giản hoá trình tự tính toán, có thể căn cứ vào vị trí có khả năng xuất hiện vết nứt, từ các phương trình trên với ñiều kiện biên, vẽ ñược ñường cong phán ñoán (hình 3-22). ðường cong phán ñoán và cấp tuyến ñường, ñường ñơn, ñường ñôi, loại hình ñường ray, tính chất vật liệu ñắp. . . . . có liên quan với nhau. Khi tính toán căn cứ vào chiều cao H1 của tường và góc nghiêng α lưng tường hoặc lưng tường giả thiết của tường chắn ñất ñược thiết kế, trong hình ñường cong có thể tìm ñược công thức tính toán dưới ñiều kiện biên tương ứng làm cho Ex lớn nhất. Hình 3-22. ðường cong phán ñoán công thức mặt nứt thứ hai tuyến ñơn. ( ϕ = 350, k = 1, 1m, l0 = 3, 5m, h0 = 3, 2m ) Nñs.158 nhieu.dcct@gmail.com 3.2.3.4. Tính toán áp lực ñất Trong môn cơ học ñất ñã giới thiệu lý thuyết tính toán áp lực ñất sét và ñộ sâu khe nứt: Lý thuyết của Culông giả thiết ñất ñắp sau tường là ñất không có tính dính (C = 0), do vậy trong các phương pháp tính toán ở trên ñều không ñưa vào tham số C của lực dính. ðể bổ xung cần sử dụng phương pháp góc ma sát trong tính ñổi thay thế góc ma sát trong, nghĩa là làm cho σtgϕ0 = σtgϕ +C C tgϕ 0 = tgϕ + Vậy σ Trong ñó: ϕ0 - góc ma sát trong tính ñổi. Loại phương pháp nay tương ñối ñơn giản nhưng sai số lớn, chỉ sử dụng thích hợp với chiều cao tường nhất ñịnh, ñối với áp lực tường thấp thì lớn, còn với áp lực ñất tường cao thì nhỏ(hình 3-23). Nếu xem xét cụ thể chiều cao tường, kết hợp kinh nghiệm thực tiễn thì phương pháp này không phải là hoàn toàn không thể sử dụng ñược. Nếu lấy lực dính giữa ñất và tường với lực dính giữa hình nêm vỡ nứt và khối lượng ñất ổn ñịnh ñưa vào trong công thức tính toán cân bằng lớn nhất của hình nêm vỡ nứt, thì tam giác lực ban ñầu biến thành hình ña giác lực (hình 3-24). Hình 3-23. Góc ma sát trong tính ñổi. Nñs.159 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-24. Sơ ñồ tính toán áp lực ñất của ñất sét. Tìm ñược hợp lực giữa Ea’ và Ca’ là Ea, nghĩa là dùng lý thuyết Culông tính toán áp lực nén ñất sét. Khi ñộ sâu khe nứt thiết kế hc ñối với mặt ñất (không tính lực dính trong phạm 2C ϕ   vi hc ), ñộ sâu khe nứt h c = .tg  45 0 +  tính cho góc nứt là θ, thì trọng 2 γ  lượng ABCC’ của hình nêm vỡ nứt ñược cân bằng bởi các lực sau ñây. 1) Phản lực R trên BC và pháp tuyến của BC thành góc ϕ. 2) Lực dính CS = C. BC nêm trượt xuống. trên BC , phương hướng BC ngăn cản hình 3) Phản lực Ea’ trên A ' B và pháp tuyến của A ' B hợp thành góc δ, lại cản trở phương hướng của hình nêm trượt xuống. 4) Lực dính Ca = Ca. A ' B của ñất và lưng tường A ' B , theo phương hướng lưng tường A ' B cản trở hình nêm trượt xuống, Ca là lực dính ñơn vị giữa tường và ñất. Vì thế phương hướng của các lực nói trên ñều ñã xác ñịnh và biết ñộ to nhỏ của 3 lực trừ R và Ea’ do vậy hai lực chưa biết có thể căn cứ vào ña giác lực trong (hình 3-24b) ñể tính toán. ðộ to nhỏ và phương hướng của tổng áp lực ñất Ea tác dụng trên lưng tường do véc tơ của Ea’ và Ca’ xác ñịnh (hình 3-24a). Trường hợp này giống với tính toán áp lực ñất chủ ñộng của ñất cát, trị số Ea’ cũng cần tính toán nhiều lần, tìm giá trị của Ea’ lớn nhất, lúc này lực ma sát của ñất và lực dính ñược xét tới. 3.2.3.5. áp lực ñất của khu vực ñộng ñất và áp lực ñất dưới ñiều kiện ngâm nước 1. Tính toán áp lực ñất ở khu vực ñộng ñất Căn cứ vào quy ñịnh của quy phạm xây dựng ở khu vực ñộng ñất, việc xây dựng công nghiệp và dân dụng trong khu vực ñộng ñất mà ñộ chấn ñộng cơ bản là 7 ñộ và trên 7 ñộ thì bắt buộc phải xem xét ñất phòng hộ, tính toán tường chắn ñất cũng nên tính thêm lực ñộng ñất. Khi ñộng ñất, mặt ñất và công trình xây dựng chịu tác dụng của lực ñộng ñất sinh ra chấn ñộng, lực ñộng ñất hình thành tải trọng ñộng, thì biên ñộ chấn ñộng lớn, tần suất thấp, thời gian ngắn, tình hình chấn ñộng phức tạp. ðất mà tính chất khác nhau hoặc ñất có tính chất giống nhau nhưng trạng thái khác nhau, khi chịu tác dụng của lực ñộng ñất, phản ứng không giống nhau, rõ ràng biểu thị tính chất không giống nhau giữa tải trọng ñộng và tải trọng tĩnh. Hiện nay các nước phát triển ñã nghiên cứu các loại tác dụng của tải trọng ñộng do ảnh hưởng của ñộng ñất gây nên. Thành quả của nó sẽ ñược dần dần ứng dụng trong thiết kế công trình xây dựng. ðường sắt Trung Quốc ñã thiết kế có ñề cập lấy tải trọng ñộng tính ñổi thành tải trọng tĩnh ñể tính toán, tuy rằng lực ñộng ñất có thể phân giải thành lực hướng vuông góc và lực hướng nằm ngang, do vật kết cấu nói chung tại hướng thẳng ñứng có dự trữ kết cấu tương ñối lớn, sự phá hoại công trình xây dựng chủ yếu là do lực Nñs.160 nhieu.dcct@gmail.com ñộng ñất nằm ngang gây ra, lực ñộng ñất là một loại ñộng lực phân bố của nó có liên quan ñến chất lượng của công trình xây dựng, do vậy có thể theo phương pháp lực quán tính tính toán áp lực ñất khi ñộng ñất. Xem xét lực ñộng ñất nằm ngang do trọng lực hình nêm vỡ nứt khi chịu chấn ñộng gây ra ( hình 3-25), ñộ to nhỏ của nó là: F = Gtgη = G. Kh. Cz η = arctg(Kh. Cz). Trong ñó: η - góc ñộng ñất khi ñộ chấn ñộng ñất là 7 ñộ thì bằng 1030’, khi là 8 ñộ thì bằng 30, khi 9 ñộ bằng 60. Kh – hệ số ñộng ñất nằm ngang, khi ñộng ñất là tỷ số giữa giá trị bình quân thống kê của ñộ gia tốc nằm ngang lớn nhất của mặt ñất với tốc ñộ tăng trọng lực như bảng 3-1: Hình 3-25. Lực ñộng ñất. Bảng 3.1 ðộ ñộng ñất thiết kế Hệ số ñộng ñất 7 8 9 0. 1 0. 2 0. 4 Cz – Xem xét hệ số ảnh hưởng tổng hợp của tính chất sóng ñộng ñất phổ biến của ñất ñá móng Cz = 0. 25. G1 – Hợp lực giữa lực ñộng ñất và trọng lực hình nêm nứt G1 = G cosη Biết ñộ to nhỏ và phương hướng của G1, giả ñịnh góc ma sát trong của ñất và góc ma sát lưng tường không thay ñổi dưới tác dụng của ñộng ñất thì hệ lực cân bằng trên hình nêm vỡ nứt (hình 3-26a), nếu duy trì vị trí hình nêm sau tường và tường chắn ñất không ñổi, lấy góc η chuyển ñộng ngược với hệ lực, thì ñược (hình 3-26b). Do không thay ñổi quan hệ lẫn nhau của các lực trong hệ lực, tức là tam giác lực abc (hình 3-26c) không ñổi, vì vậy không ảnh hưởng ñến tính toán Ea, có quan hệ sau. Nñs.161 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-26. Tính toán áp lực ñất khu vực ñộng ñất. γ γ1 = cosη δ1 = δ + η ϕ1 = ϕ − η Trong ñó: γ, δ, ϕ có thể sử dụng công thức áp lực ñất Culông ñể tính toán áp lực ñất dưới tác dụng của ñộng ñất. Khi mặt ngoài ñất ñắp là một góc nghiêng mặt phẳng i, thì áp lực ñất ñộng ñất là: Ea = γ 1 × × H 2 × λa 2 cos η Trong ñó: λa = cos2 (ϕ + α − η )  sin(ϕ + δ ) sin(ϕ − i − η )  cos α × cos(δ − α + η ) × 1 +  cos(δ − α + η ) cos(α + i )   2 2 Nhưng trong khi tính toán Ex và Ey, vẫn sử dụng góc ma sát lưng tường thực tế δ không dùng δ1. 2. áp lực ñất dưới ñiều kiện ngâm nước Khi khối ñất ngâm nước, một mặt do lực ñẩy mà trọng lực giảm nhỏ, một mặt khác cường ñộ chống cắt có giảm. Do mực nước lên xuống, khi khối ñất sau tường xuất hiện dòng thấm, thì vẫn tính thêm ảnh hưởng của lực nước ñộng. a ) Tính áp lực ñất khi vật liệu ñắp sau tường là ñất cát. Giả thiết giá trị ϕ sau ngâm nước không ñổi chỉ xét ảnh hưởng của lực ñẩy, lấy tường chắn ñất và ñường ngâm nước một phần ñể tính toán áp lực ñất (hình 3-27). Nñs.162 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-27. áp lực ñất của tường chắn ñất ngâm nước. Hình 3-28. Tính toán áp lực nước ñộng sau tường. Trọng lượng của hình nêm vỡ là: 1 1  ∆γ 2  ∆γ 2 G = γ  H (H + 2h0 ) − H b tgθ − γ  H (H + 2h0 )tgα + K .h0 − H b tgα  2γ 2γ 2  2  G = γ [( A0 − ∆A0 )tgθ − (B0 − ∆B0 )] Trong ñó: γ – dung trọng tự nhiên của khối ñất sau tường; γb – dung trọng ñẩy của khối ñất sau tường; Hb – chiều cao tường ở dưới mực nước tính toán. ∆y = γ − γ b ∆γ × H b2 2γ ∆γ ∆B0 = × H b2tgα 2γ ∆A0 = A0, B0 là hệ số ñiều kiện biên theo công thức (3-4) Có: tgθ = −tgψ ±    A0 − ∆A0  (tgψ + cot gϕ ) tgψ + B0 − ∆B0  E b = γ [( A0 − ∆A0 )tgθ − (B0 − ∆B0 )]× Biến ñổi: Eb = γ × λ a × cos(θ + ϕ ) sin (θ + ψ ) ( A0 − ∆A0 )× tgθ − (B0 − ∆B0 ) tgθ − tgα Trong ñó: λ a = (tgθ − tgα ) × cos(θ + ϕ ) sin (θ + ψ ) A0 – Có thể thấy dưới ñiều kiện ngâm nước, nếu Hb < H, thì chỉ cần lấy ∆A0 và B0 – ∆B0 thay cho A0 và B0 là có thể sử dụng công thức tương ứng ñể tính toán. Nñs.163 nhieu.dcct@gmail.com Ngoài ra, dưới ñiều kiện giá trị ϕ giả thiết không ñổi, θ vì ngâm nước mà có thể thay ñổi, nhưng ñối với tính toán áp lực ñất ảnh hưởng không lớn, ñể giản hoá tính toán, có thể ñặt θ không ñổi, (hình 3-27). ðầu tiên tính toán áp lực ñất Ea dưới ñiều kiện không ngập nước, sau ñó trừ ñi áp lực ñất ∆Eb giảm nhỏ do ảnh hưởng của lực ñẩy ở dưới mực nước, tức là ñược trị số áp lực ñất Eb dưới ñiều kiện ngâm nước. E b = E a − ∆Eb 1 × ∆γ × H b2 × λ a 2 E .Z − ∆E b H b / 3 = a x E a − ∆Eb ∆E b = Z bc b) Tính toán áp lực ñất khi vật liệu ñắp ñất sau tường là ñất sét. Khi vật liệu ñắp sau tường là ñất sét, góc ma sát trong ϕ của ñất do khối ñất ngâm nước mà giảm nhỏ rõ rệt. Lúc này nên lấy mực nước tính toán làm giới hạn. ðầu tiên tìm áp lực ñất ở trên mực nước tính toán, sau ñó lấy ñất ñắp tầng trên làm tính toán vượt tải áp lực ñất bộ phận ngâm nước, sau cùng lấy véc tơ áp lực ñất của hai bộ phận nói trên cùng thêm vào, tức là áp lực ñất của toàn bộ tường. c) Tính toán áp lực ñất khi xét tới tác dụng của áp lực nước ngâm áp lực nước ñộng: D = γ w × i × Ω Trong ñó: γω – dung trọng của nước; i – ñộ dốc thuỷ lực của nước, sử dụng ñộ dốc bình quân của tuyến ngâm ướt trong khối ñất; Ω – diện tích nước ngâm trong hình nêm vỡ nứt, là diện tích gạch trong hình 3-28 (diện tích hình thang abcd). 1 Ω = H b2 '− H b2 × (tgθ − tgα ) 2 Nói chung phương hướng của áp lực nước ñộng xem là vuông góc với lưng tường theo phương hướng trượt của khối ñất trượt, tác dụng lên tâm hình của hình nêm vỡ nứt bộ phận ngâm nước, trong kiểm toán ổn ñịnh của tường chắn ñất tính riêng rồi nhập vào. ( ) 3. 3. Tính toán thiết kế tường chắn ñất trọng lực Tường chắn ñất kiểu trọng lực chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân chống lại ứng suất tải trọng của khối ñất. ðối với toàn bộ tường mà nói, dưới tác dụng của hệ lực bảo trì ổn ñịnh ñồng thời yêu cầu ñủ cường ñộ móng, ñối với mặt cắt thân tường yếu nên tiến hành kiểm toán. 3.3.1. Yêu cầu cấu tạo tường chắn ñất trọng lực 3.3.1.1. Hình dạng của mặt cắt thân tường Khi các ñiều kiện khác giống nhau, áp lực ñất mà lưng tường nghiêng phải chịu nhỏ hơn so với lưng tường nghiêng lồi. Do phương hướng nghiêng lệch của lưng Nñs.164 nhieu.dcct@gmail.com tường nghiêng cùng hướng với phương hướng ta luy mặt ñào, nên lượng ñào ñắp cũng ít. Nhưng khi dốc ngang mặt ñất tương ñối lớn, thì cần tăng thêm chiều cao tường, làm cho mặt cắt lớn hơn. Lấy nền ñào làm ví dụ( hình 3-29), tường của lưng tường nghiêng cao nhất, lưng tường thẳng ñứng thứ hai, tường của lưng tường nghiêng úp thấp nhất. Hình 3-29. Quan hệ giữa chiều cao tường với kiểu lưng tường. So sánh lưng tường gẫy khúc với lưng tường ngửa, mặt cắt phần trên giảm nhỏ, phần dưới vẫn là nghiêng, loại này có thể giảm nhỏ áp lực ñất. Tường chắn ñất kiểu cân bằng trọng lực, là do trọng lượng của ñất trên bệ cân bằng trọng lực làm tăng thêm ổn ñịnh, ngược dốc rất dốc, lưng tường tường dưới nghiêng ngửa (I), có thể giảm nhỏ chiều cao lắp ñặt tường và khối lượng ñào. ðộ dốc lưng tường nghiêng về phía ñào (III) là 1: 0, 15 ~ 1: 0, 4, cũng có thể làm thành lưng tường kiểu bậc thềm(thang) là ñể tăng thêm lực ma sát giữa lưng tường và ñất ñắp, ñộ dốc lưng tường nghiêng ngửa không nên thoải hơn 1: 0, 35. ðộ dốc của tường nghiêng ảnh hưởng trực tiếp ñến chiều cao của tường chắn ñất, tại khu vực ñịa hình dốc ñứng, dốc nghiêng lấy 1: 0, 05 ~ 0, 2 ñoạn ñất bằng phẳng thường sử dụng 1: 0, 2 ~ 1: 0. 35. Tường chắn ñất kiểu cân bằng trọng lực sử dụng dốc ñứng, ta luy lưng tường trên khoảng bằng 1:0, 25 ~ 1: 0, 4, tường dưới là 1: 0, 25. ðối với tường chắn ñất cùng 1 ñoạn có ñịa chất thay ñổi ít, mặt cắt của nó không nên thay ñổi nhiều, chiều rộng nhỏ nhất ñỉnh tường, với tường chắn ñất xây vữa không nên nhỏ hơn 50cm, tường chắn ñất xây khan không nên nhỏ hơn 60cm. 3.3.1.2. ðộ sâu ñặt móng tường Mặt cắt ngang của tường chắn ñất nên kết hợp với ñộ sâu ñặt móng tường ñể cùng thiết kế, căn cứ vào ñiều kiện ñịa chất ñịa hình, móng tường chắn ñất nên có ñủ ñộ sâu. 1. Tường chắn ñất móng ñất. Nñs.165 nhieu.dcct@gmail.com Khi không xói lở, mặt ñáy móng nên ở dưới mặt ñất ít nhất 1m, còn khi có xói lở nên ñặt dưới phần xói lở 1m (hình 3-30) Hình 3-30. ðộ sâu ñặt tường chắn ñất trên móng ñất. Móng ñất ñá dễ phong hoá sau ñể lộ mặt ñáy móng tường nên ở dưới mặt ñất ít nhất 1, 5m. 2. Tường chắn ñất móng ñá ðể ñặt tường chắn ñất trên móng ñá, ñầu tiên phải bóc lớp tầng phong hoá ở trên bề mặt, trên mặt ñất nghiêng, móng tường chôn vào ñá với số liệu không nên nhỏ hơn số liệu trong bảng 3-2. Yêu cầu kích thước với tầng ñá của móng Bảng 3-2 Tên móng ñá h(m) l(m) Tầng ñá cứng 0.25 0.25 ÷ 0.5 Tầng ñá cát diệp 0,6 0,6 ÷ 1,5 Tầng ñá mềm 1,0 1,0 ÷ 2,0 Sa thạch pha cuội ≥1.0 1,5÷2,5 Hình vẽ Khi móng tường xây dựng trên dốc nghiêng của tầng ñá cứng, có thể xây móng tường thành dạng bậc thềm, như hình 3-31(a), ñể giảm bớt lượng ñào móng tường. Khi thiết kế mở rộng móng tường, tạo góc α ñể làm cứng tường, khi xây ñá không nên nhỏ hơn 350, khi móng bê tông không nên lớn hơn 450 như hình 3-31(b). ðặt ñáy móng nghiêng, có thể nâng cao tính ổn ñịnh chống trượt của tường chắn ñất, ñộ nghiêng ñáy móng, khi móng ñất không dốc hơn 0, 2: 1, móng ñá không dốc hơn 0, 3: 1(hình 3-31c) Nñs.166 nhieu.dcct@gmail.com Hình 3-31. Kết cấu loại móng trên ñá. 3.3.1.3. Cấu tạo tường chắn ñất 1. Cấu tạo thân tường. Tường vai ñường xây ñá phiến to hoặc bê tông có cường ñộ ≥ M150, trên ñỉnh tường dùng bê tông làm xà mũ, chiều dày không nhỏ hơn 40cm, chiều rộng không nhỏ hơn 20cm, tường nền ñắp và tường nền ñào dùng ngay ñá phiến lớn ñặt ở ñỉnh tường và lấy vữa cát trát phẳng. Tại khu vực có vật liệu ñá, tường chắn ñất trọng lực tận dụng khả năng sử dụng ñá phiến xây vữa, cường ñộ chống nén của ñá phiến xây vữa không ñược nhỏ hơn 30MPa. Tại khu vực thông thường sử dụng cát vữa xi măng M75, khu vực ngập nước M100. Tại khu vực thiếu vật liệu ñá, tường chắn ñất trọng lực có thể dùng bê tông M150 hoặc bê tông ñá phiến ñể xây dựng. 2. Khe lún và khe co dãn. ðể tránh việc do móng lún không ñều mà dẫn ñến thân tường nứt, căn cứ vào ñiều kiện móng và mặt cắt tường, chiều cao tường không giống nhau ñể ñặt khe lún, ñể phòng tránh khối xây do cứng hoá co lại và nhiệt ñộ thay ñổi sinh ra khe nứt, nên ñặt khe co dãn và kết hợp khi thi công. Theo hướng kéo dài của tường, cứ cách 10 ~ 20m thì ñặt một khe, chiều rộng khe 2~3cm, trong khe nhét bao tải nhựa ñường hoặc thanh gỗ bọc nhựa ñường, nhét ba bên: trong, ngoài và ñỉnh. Sau tường là nền ñào ñá hoặc nền ñắp ñá, có thể ñặt khe rỗng, ñể bảo hộ mặt tường, mặt tường chắn ñất ñá ñầu tiên phủ một lớp vữa cát xi măng M50 dày 2cm, sau ñó quét nhựa ñường nóng 2~3mm, tường chắn ñất bê tông, trên mặt tường tưới hai lớp nhựa ñường nóng dày 2~3mm. Nếu không ñặt tầng chống nước, khe ñá của mặt xây ñá phiến nên dùng vữa cát trát phẳng. Hình 3-32. Mặt chính tường chắn ñất. 3. Biện pháp thoát nước ðể làm khô nước trong khối ñất sau tường và phòng chống nước mặt thấm xuống, giảm nhỏ áp lực nước tĩnh, áp lực nở của ñất nở nên ñặt rãnh thoát nước mặt Nñs.167 nhieu.dcct@gmail.com cho tường chắn ñất, cắt dần nước chảy bề mặt ñầm chặt ñất ñắp và ñất rời rạc bề mặt, khi cần thiết có thể tăng thêm xây lát. Thân tường chắn ñất nói chung ñều nên ñặt lỗ thoát nước, kích thước lỗ 5cm × 5cm, 10cm × 10cm, 15cm × 15cm, ñường kính lỗ tròn 5cm × 10cm, khoảng cách giữa mặt cắt lỗ 2m × 3m, ñặt so le trên dưới. Lỗ thoát nước hàng dưới cùng nên cao hơn mặt ñất, nếu là tường chắn ñất nền ñào nên cao hơn mực nước trong rãnh biên 0, 3m. ðề phòng chống lỗ thoát nước bị tắc, nên ñặt tầng phản lọc, dưới lỗ thoát nước thấp nhất ñặt cách tầng nước, phòng chống tích tụ thấm vào ñất ñáy móng. Trong hình 3-33(a), (b) là trường hợp ñắp ñất thấm nước sau tường, ñắp ñá cỡ hạt to sau lỗ, trong hình 3-33(c), (d) là trường hợp ñất không thấm nước sau tường, ñặt tầng phản lọc sau lỗ. Hình 3-33. Lỗ thoát nước tường chắn. 3.3.2. Kiểm toán tường chắn ñất trọng lực 3.3.2.1. Kiểm toán ổn ñịnh trượt Hạng mục kiểm toán tường chắn ñất Bảng 3-3 Hệ số ổn ñịnh trượt Kc ≥ 1, 30 Hệ số ổn ñịnh lật K0 ≥ 1, 50 Móng chất ñất ≤ B Toàn tường 6 ðộ lệch tâm e Móng ñá ≤ Mặt cắt thân tường Nñs.168 nhieu.dcct@gmail.com áp lực ñáy móng σ ≤ trị số cho phép áp lực σ ≤ trị số cho phép B 4 Lực cắt τ ≤ trị số cho phép ðộ lệch tâm e Bê tông và ñá xây ≤ 0, 3B' Hệ số ổn ñịnh trượt của tường chắn ñất tính toán theo công thức 3-18, ñể ñảm bảo chắc chắn tính ổn ñịnh trượt, phải thoả mãn KC ≥ 1, 30 nếu chiều dài ñất trước tường h ≥ 3m, mà ñộ ñầm chặt có thể ñảm bảo ñược, không bị di chuyển hoặc bị dòng nước xối trôi, thì có thể theo lý thuyết Rankin ñể tính toán áp lực ñất bị ñộng Eb. Vậy hệ số ổn ñịnh trượt tính toán theo công thức dưới ñây. KC = (G + E )× f + E y b (3-18) Ex Nếu tính ổn ñịnh chống trượt của tường chắn ñất không ñủ, có thể sử dụng một số biện pháp dưới ñây: - ðổi ñất ñắp móng: ðổi ñắp hệ số ma sát lớn ở dưới ñáy móng và thân tường có khả năng sinh ra tầng ñất có lực dính khá lớn, chiều dày ñổi ñắp không nhỏ hơn 0, 5m. - Lắp ñặt ñáy móng nghiêng, hệ số ổn ñịnh trượt lúc này tính toán theo công thức dưới ñây: Giả thiết C = 0 có kết quả tính KC là: KC = [(G + E ) + (E − E )tgα ]× f + E E − (G + E )tgα y x 0 b x y b (3-19) 0 Trong ñó: α0 - góc nghiêng ñáy móng (hình 3-34a). - Lắp ñặt móng chồi lên: Tại mặt ñáy móng lắp ñặt một móng chồi lồi cùng với móng tạo thành một khối( hình 3-34b), tác dụng của nó là lợi dụng áp lực ñất bị ñộng mà ñất trước móng trồi sản sinh ñể tăng khả năng chống trượt của tường chắn ñất. Ưu ñiểm lớn nhất của móng chồi lồi là không cần thay ñổi các ñiều kiện khác của tường chắn ñất, nhưng vì chiều cao và chiều rộng của móng chồi lồi chịu hạn chế của thiết kế, lực chống trượt tăng ñược tương ñối nhỏ, thông thường trị số KC nằm trong khoảng 1,0 ~ 1,3. ñể làm cho ñất nêm bị ñộng trước móng chồi ñược hình thành hoàn toàn, áp lực ñất chủ ñộng lưng tường không vì lắp ñặt móng chồi lồi mà tăng lên, phải lấy cả móng chồi lồi ñặt góc (450-ϕ/2) ở mũi tường và ñường nằm ngang, và góc ϕ ở gót thân tường với ñường nằm ngang, ñường thẳng này làm thành các hình tam giác, (hình 3-34b). Hình 3-34. ðáy móng lệch và lồi Hình 3-35. Kiểm toán tính Nñs.169 nhieu.dcct@gmail.com ổn ñịnh nghiêng lệch. 3.3.2.2. Kiểm toán tính ổn ñịnh chống lật ñổ Tính ổn ñịnh chống lật ñổ của tường chắn ñất là chỉ khả năng chống lại chuyển ñộng ra hướng ngoài mũi chân tường xung quanh thân tường sau khi nó chịu lực, dùng K0 biểu thị hệ số ổn ñịnh chống nghiêng ñổ, K0 là tỷ số giá trị giữa mô men ổn ñịnh ΣMy và mô men trượt ΣMb (hình 3-35). K0 = ∑My ∑ Mb = GZ G + E y Z y Ex Z x (3-20) ðể ñảm bảo chắc chắn tính ổn ñịnh chống nghiêng ñổ của tường chắn ñất phải thoả mãn K0 ≥ [K] = 1,5; trước khi mặt cắt của tường không tăng. Ngoài ra có thể thông qua biện pháp dưới ñây ñể cải thiện tính ổn ñịnh chống nghiêng ñổ của tường chắn ñất. - Thay ñổi ñộ dốc ta luy sau tường, khi ñộ dốc ngang mặt ñất bằng phẳng ñể làm cho trọng tâm của tường dịch chuyển về phía sau ñể tăng cánh tay ñòn, là biện pháp có hiệu quả cải thiện tính ổn ñịnh chống nghiêng ñổ của tường chắn ñất. Biến lưng tường thẳng ñứng thành lưng tường nghiêng ngửa có thể giảm nhỏ áp lực ñất. - Thay ñổi loại hình mặt cắt thân tường: Khi ta luy ngang của mặt ñất tương ñối dốc hoặc tĩnh không theo phương ngang bị hạn chế, nên làm cho tường cố gắng dốc ñứng ñể tranh thủ chiều cao tường phát huy hiệu quả, lúc này có thể thay ñổi loại hình mặt cắt thân tường, nếu tại lưng tường lắp ñặt bệ cân bằng trọng lực hoặc bản ñỡ tải…, ñể ñạt ñược mục ñích giảm nhỏ áp lực ñất lưng tường và tăng thêm mô men ổn ñịnh (hình 3-36). - Mở rộng mũi chân tường hoặc nới rộng tường mở rộng ñã có, (hình 3-37), là phương pháp thường dùng ñể tăng thêm mô men ổn ñịnh, nếu mũi chân tường triển khai chiều rộng không phù hợp với yêu cầu góc tính cứng, khi cần thiết có thể sử dụng bản bê tông cốt thép. 3.3.2.3. Kiểm toán ứng suất ñáy móng và ñộ lệch tâm hợp lực ứng suất ñáy móng không cho phép vượt quá lực chịu tải cho phép của móng, ñể tránh tường chắn ñất phát sinh không ñều, nên khống chế tác dụng ñộ lệch tâm hợp lực của ñáy móng tường, (hình 3-38). e= B − ZN 2 Móng ñất: e ≤ [e] = Móng ñá: e ≤ [e] = Trong ñó: Nñs.170 nhieu.dcct@gmail.com B 6 B 4 (3-21) ZN = ∑ M y − ∑ Mb ∑N = GZ G + E y Z y − E x Z x G + Ey (3-22) Sử dụng công thức nén lệch tâm trong “Sức bền vật liệu” ñể tính toán ứng suất ñáy móng: Max σ Min = ∑ N  6.e   1 ± B  B  (3-23) Hình 3-36. ñất lắp ñặt bản Tường chắn ñỡ tải. O O Hình 3-37. Chân tường mở rộng. Khi xuất hiện σMin < 0, một mặt ñáy móng sẽ xuất hiện ứng suất kéo, giữa móng tường và ñất sẽ xuất hiện ứng suất kéo, thì sinh ra khe nứt (kéo ra), dẫn ñến ứng suất phân bố lại, theo phân bố lại ứng suất tính toán ứng suất nén lớn nhất của ñáy móng, (hình 3-39). Hình 3.38. ứng suất ñáy móng Hình 3.39. Phân bố Nñs.171 nhieu.dcct@gmail.com và hợp lực lệch tâm. ứng suất ñáy móng. 1 R = ∑ N = × 3Z n × σ ' Max 2 2 ∑N Trong ñó: σ 'Max = × 3 Zn Cho dù móng ñất hay ñá, σ’Max ñều không ñược vượt quá lực chịu tải cho phép của móng. 3.3.2.4. Kiểm toán cường ñộ mặt cắt thân tường ðể ñảm bảo chắc chắn thân tường có cường ñộ, cần phải tiến hành kiểm toán mặt cắt thân tường, ñối với tường chắn ñất xây thông tường, có thể lấy một hai mặt cắt tiến hành kiểm toán cường ñộ, khi mặt cắt thân tường không 1/2 chiều cao thân tường, (3-24) Hình 3.40. Tính toán vị trí lựa chọn mặt cắt. thay ñổi lớn lấy mặt cắt ở (hình 3-40). Hình 3-41. Kiểm toán mặt cắt 1. Kiểm tra ứng suất vuông góc Như (hình 3-41) biểu thị, kiểm toán mặt cắt aa’ thông qua hợp lực lệch tâm của mặt cắt aa’ là: GZ G + E y Z y − E x Z x B B e = a − Ca = a − (3-25) G + Ey 2 2 ý nghĩa của các ký hiệu trong công thức xem (hình 3-41). ðộ lệch tâm ñộng của mặt cắt thân tường e ≤ 0, 3Ba. ứng suất vuông góc vẫn theo công thức chịu nén lệch tâm tính toán, tức là: Max σ Min = Nñs.172 nhieu.dcct@gmail.com G + E y  6.e  1 ±  Ba  Ba  Trong ñó: [σ] - ứng suất nén cho phép của thân tường xây (bảng 3-8). Khi e > Ba/ 6, thân tường xuất hiện ứng suất kéo, khi ứng suất kéo vượt quá giá trị cho phép, ứng suất nén nên tính toán theo phân bố lại của hình tam giác là: 2(G + E y ) σ aMax = ≤ [σ ] (3-26) 3C a 2. Kiểm toán ứng suất cắt. E τ = x ≤ [τ ] Ba (3-27) Trong ñó: [τ] - ứng suất cắt cho phép của vật liệu thân tường (xem bảng 3-8) Khi ứng suất vuông góc xuất hiện phân bố lại ứng suất, do mặt cắt xuất hiện khe nứt, diện tích chịu cắt là Ba’ (xem hình 3-42), ứng suất cắt τ nên tính toán theo công thức dưới ñây: Ex Ba2 (σ L − [σ L ]) τ= , B’a = Ba - ∆B, ∆B = B' a 2( B a σ L + Σ N ) Trong ñó: σL – ứng suất kéo của mặt cắt; [σL] – cường ñộ chống kéo cho phép của mặt cắt. Hình 3-42. Tính toán B’a Ví dụ 3-5: Tường chắn ñất kiểu vai ñường (hình 3-43), thân tường là ñá phiến xây vữa, hệ số ma sát giữa tường và ñất móng là f = 0. 4, móng là ñất sét, lực chịu tải cho phép [σ] = 200kN/m2, dung trọng khô thân tường xây γ = 22 kN/m3, ñất ñắp sau tường γ = 17 kN/m3, ϕ = 350, góc ma sát lưng tường δ = 2/3ϕ, chiều cao tường H = EY = 12.33kN/m dưới tác dụng của áp lực ñất. Hãy xác 5m, tại EX = 75.28 kN/m, ñịnh kích thước phù hợp với yêu cầu của tường Giải: Nñs.173 nhieu.dcct@gmail.com Như hình 3-43(a) trọng lượng G của tường là: G = 1, 45 × 5 × 22 = 159, 5 kN/m Kiểm toán ổn ñịnh chống trượt: Kc = = (G + E ) f y Ex (159.5 + 12.33) × 0.4 = 0.913 < 1.3 75.28 Do không thể ñáp ứng yêu cầu chống trượt, cần xác ñịnh lại kích thước của tường chắn ñất. Lấy chiều rộng của ñỉnh tường là 2m, ñộ dốc ta luy ngực là 1: 0, 3 ñộ dốc lưng tường là 1: 0, 25 chiều cao tường không ñổi (hình 3-43b). 1. Kiểm toán ổn ñịnh chống trượt G = (2. 0 + 2. 25) × Kc = 5 × 22 = 233. 75 kN/m. 2 (233.75 + 12.33) × 0.4 = 1.308 > 1.3 75.28 ⇒ thoả mãn 2. Kiểm toán ổn ñịnh chống lật. 1 1 1.25   G.Z G = 22  × 5 × 1.5 + 5 × 0.75(1.5 + 0.375) + × 1.25 × 5 2.25 +  2 3   2 = 420.5 kN/m K0 = Nñs.174 nhieu.dcct@gmail.com G.Z G + E y .Z y E x .Z x = 420.5 + 12.33 × 2.76 = 2.95 > 1.5 ⇒ thoả mãn 75.28 × 2.05 a) b) c) Hình 3.43. 3. Kiểm toán ñộ lệch tâm hợp lực ΣM y − ΣM b ZN = e= ΣN = 420.5 + 12.33 × 2.76 − 75.28 × 2.05 = 1.22m 233.75 + 12.33 B − Z N = 1.125 − 1.22 = −0.095m < 0 ⇒ thoả mãn 2 [e] = 0.095 < B = 0.375 6 Max σ Min = ΣN  6e  246.08  6 × 0.095  × 1 ±  1 ±  = B  B 2.25  2.25  = 137. 04 và 81. 70 kN/m < [σ] = 200kN/m2 Do vậy, kích thước tường chắn ñất ñịnh ra thoả mãn yêu cầu ổn ñịnh. 4. Kiểm toán mặt cắt thân tường chắn bị cắt ñứt ñôi. Như hình mặt cắt thân tường ở chỗ H/2. 3-43c, lấy B' = 2. 0 +2. 5(0. 3 - 0. 25) = 2. 125 (m) σ 'H = σH 2 = 6.7 kPa 1 H E ' a = (h2 − h1 )σ 0 + σ ' H . = 20.02 + 8.38 = 28.40kN / m . 2 2 Nñs.175 nhieu.dcct@gmail.com E ' x = E ' a cos(δ − α ) = 28.4. cos(23 0 20'−14 0 02' ) = 28.03kN / m E ' y = E ' a sin( 23 0 20'−14 0 02' ) = 4.59kN / m 20.02. Z 'x = 2 .2 2 .5 + 8.38. 2 3 = 1.02(m) 28.40 Z ' y +2.125 + Z ' x tgα = 2.38(m) G' = 2.125 + 2.0 2.5 x 2.2 = 113.44kN / m 2  2 .5    G '.Z ' G = 0.5 x(2.125 − 2 )x 2.5 x0.252 + 2 x 2.5 x 0.125 + 1.0 +  x 22 2 x0.25    = 159.13kN .m Z 'N = e' = G '.Z ' G + E ' y .Z ' y − E ' x .Z ' x G '+ E ' y = 159.3 + 4.59 x 2.38 − 28.03 x1.02 = 1.20(m) 113.44 + 4.59 2.125 B − Z 'N = − 1.20 = −0.14 < 0 (hợp lực ở bên phải tim mặt cắt) 2 2 e' = 0.14 < 0.3B' = 0.638 (thoả mãn). max = σ min ∑ N ' (1 ± 6e ) = 4.59 + 113.44 (1 + ± 6 x0.14 ) = 33.60 kN / m B' B' 2.125 2.125 77.48 2 < [σ ]xay (t = 1300kN / m 2 tho¶ m·n τ= ∑T ' = ∑ E' B' B' x = 28.03 = 13.19kN / m 2 < [τ ] = 210kN / m 2 (thoả mãn). 2.125 3.3.2.5. Gia cố tường chắn ñất Tường chắn ñất khi thiết kế hoặc thi công không ñúng, tường chắn ñất ñược xây dựng xong có khi xuất hiện vết nứt ngang, vết nứt hướng dọc, hiện tượng di chuyển vị trí hoặc phá hỏng cục bộ. Tường chắn ñất nghiêng cần xây dựng lại, thông thường có thể căn cứ vào ñiều kiện lắp ñặt tường chắn ñất và mức ñộ phá hoại ñể tiến hành tu bổ hoặc gia cố, ñể làm cho tường chắn ñất tiếp tục phát huy tác dụng chống ñỡ. Biện pháp gia cố ñược xác ñịnh sau khi thông qua kiểm toán phân tích ñiều kiện vị trí lắp ñặt tường chắn ñất cũ, mức ñộ và nguyên nhân phá hoại. Biện pháp gia cố thường dùng. Nñs.176 nhieu.dcct@gmail.com 1. Trát mặt ngoài tường chắn ñất ban ñầu, xây thêm tường chắn ñất bê tông hoặc cọc chống trượt ñể gia cố móng ñể tăng khả năng của áp lực chống ñỡ mặt sườn, tăng tác dụng neo cố ñịnh (hình 3-44). Hình 3-44. Gia cố tường chắn ñất 2. Khi mặt ngoài tường chắn ñất vì hạn chế của ñịa hình, không thể xây dựng công trình gia cố, có thể sử dụng phương pháp kết hợp giữa cáp mỏ neo hoặc cọc mỏ neo, ñể gia cố. Cáp mỏ neo do ñầu mỏ neo cọc kéo và vật cố ñịnh mỏ neo tạo thành, ñầu mút của nó thông qua lưng dầm hoặc sườn dầm, ñầu mỏ neo nối liền với tường chắn ñất cần gia cố, một mặt khác chôn sâu trong ñất ñá, tạo thành thể cố ñịnh mỏ neo, thông qua tác dụng kéo của cáp mỏ neo, tải trọng hướng mặt sườn mà tường chắn ñất phải chịu truyền ñến tầng ñất ổn ñịnh xung quanh (hình 3-45). Hình 3.45. Gia cố mỏ neo tường chắn ñất. 3. Khi móng tường chắn ñất bị xói lở lộ ra, có thể tiến hành gia cố phòng hộ ñối với tường chắn ñất ban ñầu, từ móng tường nơi lắp ñặt ta luy phòng hộ hoặc trụ cọc, ñể chống nước sông xói lở làm rỗng móng tường. Khi xói lở nghiêm trọng, có thể lắp ñặt cọc chống trượt sử dụng biện pháp gia cố tổng hợp. 3.3.2.6. Thông số thường dùng thiết kế tường chắn ñất Chỉ tiêu cơ lý của ñất ñắp sau tường chắn ñất là thông số thiết kế quan trọng, tốt nhất là căn cứ vào thí nghiệm ñể xác ñinh. Khi không có chỉ tiêu thí nghiệm, có thể ñối chiếu theo số liệu (bảng 3-4) ñể lựa chọn. Khi mực nước tính toán thiết kế ở Nñs.177 nhieu.dcct@gmail.com trên mặt ñáy móng tường chắn ñất, dung trọng vật liệu tường ở dưới mực nước tính toán nên sử dụng dung trọng nổi. Chỉ tiêu cơ lý của tầng ñất sau lưng tường chắn ñất nền ñào, dưới tình hình ñịa chất không tốt, thông thường nên tham khảo số liệu của phần ta luy tự nhiên và thiết kế ta luy nền ñào ñể xác ñịnh tổng hợp, cũng có thể ñối chiếu số liệu ở (bảng 3-5) liệt kê ñể chọn dùng. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu lưng tường Bảng 3.4 Góc ma sát trong ϕ hoặc góc ma sát trong tổng hợp ϕ0 Dung trọng γ (kN/m3) Chiều cao tường H≤ 6m 350 ~ 400 17 Chiều cao tường H> 6m 300 ~ 350 17 ðất cát 350 18 ðất ñá dăm, ñất sỏi 400 19 ðá miếng không dễ phong hoá 450 19 Loại hình vật liệu ðất hạt nhỏ Vật liệu ñắp Chỉ tiêu cơ lý của ta luy nền ñào Bảng 3-5 Ta luy ñào nền Góc ma sát trong tổng hợp ϕ0 Dung trọng γ (kN/m3) 1: 0. 5 650 ~ 700 25 1: 0. 75 550 ~ 600 23 ~ 24 1: 1 500 20 1: 1. 25 400 ~ 450 19 1: 1. 5 350 ~ 400 17 ~ 18 Góc ma sát giữa ñất và lưng tường với hệ số ma sát ñáy móng là thông số thiết kế chủ yếu. Trị số cụ thể thông thường căn cứ vào mức ñộ nhám của lưng tường và ñiều kiện thoát nước ñể xác ñịnh. Khi không có tư liệu thực tế có thể ñối chiếu số liệu ñược liệt kê ở bảng 3-6 và 3-7 ñể sử dụng. Góc ma sát giữa ñất và lưng tường Bảng 3-6 Nñs.178 nhieu.dcct@gmail.com ðất lưng tường Góc masát δ ðá miếng và ñất hạt thô ðất hạt nhỏ Bê tông, bê tông côt thép 1 ϕ 2 2 1 ϕ hoặc ϕ 0 3 2 ðá xây 2 ϕ 3 ϕ hoặc ϕ ϕ0 Vật liệu thân tường ðất mặt nứt thứ 2 2 ϕ0 3 Chú thích: ϕ là góc ma sát trong của ñất, ϕ0 là góc ma sát trong tổng hợp của ñất. . Hệ số ma sát ñáy móng Bảng 3-7 Phân loại của ñất Hệ số ma sát ðất mềm dính (ñất sét mềm) 0. 25 ðất dính cứng ( ñất sét cứng) 0. 30 ðất sét cát, ñất cát sét, ñất sét nửa khô dính 0. 3 ~ 0. 40 ðất cát 0. 40 ðất sỏi 0. 50 ðá mềm 0. 40 ~ 0. 60 ðá cứng 0. 60 ~ 0. 70 Về chỉ tiêu cơ học của vật liệu xây dựng thân tường chắn ñất có thể chọn dùng theo bảng 3-8 và 3-9. ứng suất cho phép của ñá xây và bê tông (MPa) Bảng 3-8 Loại ứng suất ứng suất nén (σ) ứng suất cắt (τ) Nñs.179 nhieu.dcct@gmail.com ứng suất cho phép Số hiệu vữa xi măng hoặc b.tông ñá nhỏ ðá phiến xây xi măngñ á nhỏ ðá miếng xây ðá phiến xây Loại vật liệu Xây ñá vật liệu thô Số hiệu bê tông C15 C20 M7. 5 1. 3 1. 6 --- --- --- --- 0. 14 M10 1. 5 1. 8 2. 5 4. 0 2. 7 3. 4 0. 16 C15 1. 8 2. 1 2. 8 4. 4 3. 1 3. 8 0. 20 C20 2. 0 2. 3 3. 0 4. 7 --- 4. 1 0. 23 Dung trọng vật liệu xây dựng (kN/m3) Bảng 3-9 Tên gọi vật liệu Bê tông Bê tông ñá phiến Bê tông cốt thép Dung trọng 23 23 25 ðá ðá miếng xây to vữa xây vữa 25 Câu hỏi ôn tập chương 3 Câu 1. áp lực ñất Câu 2. Tính toán thiết kế tường chắn ñất trọng lực Nñs.180 nhieu.dcct@gmail.com 23 ðá phiến xây vữa Vật liệu thép 22 78. 5 Chương 4 Thoát nước nền đường và phòng hộ 4.1. Thoát nước nền đường Nền đường phải có hệ thống thoát nước tốt, hoàn thiện. Công trình thoát nước bố trí hợp lý, hệ thống rãnh thoát nước cùng với thoát nước của cầu, hầm, nhà ga... Các hệ thống đó phối hợp với nhau để đủ khả năng nước thông qua. Khi thiết kế công trình thoát nước nền đường cần bảo trì nguồn nước của hệ thống thuỷ lợi và lợi dụng các hệ thống đó để thoát nước cho tuyến đường. 4.1.1. Thoát nước mặt nền đường ảnh hưởng nước mặt đất đối với ổn định nền đường: Để đảm bảo nền đường thường ở trạng thái khô ráo, ổn định kiên cố, cần phải kịp thời xây dựng tốt công trình thoát nước mặt đất, làm cho nước mặt đất nhanh chóng thoát ra xa phạm vi nền đường, phòng trừ nước mặt đất ngưng đọng thấm xuống và chảy xói lở làm giảm ổn định nền đường. Nước mặt đất thấm vào khối đất nền đường làm giảm cường độ chống cắt của đất và trở thành nguồn bổ sung cho mạch nước ngầm, nước chảy ở mặt đất cũng là nguyên nhân xói lở mặt ta luy và xói lở chân ta luy của nền đường, nước mặt đất thấm vào đất chứa muối dễ tan sinh ra tác dụng ăn mòn hình thành hang rỗng, do sự thay đổi của khí hậu nước mặt đất cũng là một nguyên nhân quan trọng gây ra nguy hại nghiêm trọng đối với tính ổn định nền đường. Ngoài ra, nước mặt đất còn tạo thành nhiều khó khăn và nguy hại cho việc thi công và vận doanh. Đối với nước mặt đất có nguy hại cho nền đường, nên sử dụng biện pháp ngăn chặn, dẫn thoát ra ngoài phạm vi nền đường. 4.1.2. Yêu cầu và nguyên tắc chung thoát nước mặt nền đường Thoát nước mặt nền đường nên tuân theo những nguyên tắc và yêu cầu sau đây: - Để đảm bảo chắc chắn ổn định nền đường, nên cố gắng nhanh chóng thông qua rãnh thoát nước tụ lại, thoát nước mặt đất ra khỏi phạm vi nền đường và vị trí rãnh nước nên đặt gần nền đường, để nhanh chóng thoát nước nền đường. - Nên lựa chọn đường nước chảy ngắn nhất, địa chất tương đối ổn định, địa hình tương đối bằng phẳng cho việc đặt rãnh nước. - Mặt cắt rãnh nước nên đáp ứng nhu cầu của lưu lượng. Hình dạng mặt cắt rãnh nước thường sử dụng hình thang. 4.1.3. Công trình thoát nước mặt nền đường Công trình thoát nước mặt nền đường gồm: Rãnh thoát nước, rãnh biên, rãnh đỉnh, bậc rót nước, máng dốc nước và giếng chảy chậm. N®s.184 nhieu.dcct@gmail.com a) Rãnh thoát nước: Dùng để thoát nước mặt đất ở mặt nền đường và mặt dốc ta luy nền đắp. Khi mặt đất tương đối bằng phẳng, đặt ở hai bên của nền đắp, khi mặt đất tương đối dốc nên đặt ở mặt sườn dốc nước. Khi có hố đấu có thể dùng hố đấu thay thế cho rãnh nước. Rãnh thoát nước đều đặt ngoài đường bảo hộ tự nhiên của nền đắp. Hình 4-1. Rãnh thoát nước nền đắp b) Rãnh biên và rãnh đỉnh của nền đào: Dùng cho nền đào để thoát nước mặt ở mặt nền đường và mặt dốc ta luy nền đào, đặt ở hai bên mặt nền đường hoặc một bên (nền nửa đào), gọi là rãnh biên (Hình4-2). Còn rãnh đỉnh dùng để thoát nước mặt đất phía trên đỉnh ta luy nền đào, để hạn chế bớt lượng nước chảy vào ta luy xuống nền đường. Nếu khi độ dốc hướng nước chảy lớn có thể dùng các biện pháp thoát nước như: bậc rót nước, máng dốc nước, hố tiêu năng .... để giảm bớt tốc độ nước chảy trong rãnh, hạ thấp động năng. Hình 4-2. mặt nền đào Thoát nước c) Bậc rót nước (hình 4-3a) phần đáy là máng chảy xiết dạng bậc thang, cấu tạo của nó có thể có hai loại là đơn cấp và đa cấp, chiều cao mỗi cấp hơn kém nhau 0,2  0,3m, lợi dụng bậc thang rót nước tiêu hao động năng, kết cấu thông thường lát đá phòng hộ. d) Giếng chảy chậm (hình 4-3b). Rãnh nước dốc dọc đáy rãnh tương đối lớn, có thể thiết kế thành rãnh nước. Có hai đoạn dốc tương đối thấp dùng nối tiếp với giếng chảy chậm. Độ chênh cao lớn nhất nước đổ xuống của rãnh hai đoạn có thể đạt tới 15m. e) Máng dốc nước (hình 4-3c). Dùng vật liệu là đá phiến, bê tông xây thành, là công trình thoát nước nối tiếp hai đoạn rãnh chênh cao nhau tương đối lớn. N®s.185 nhieu.dcct@gmail.com Hình Công trình thoát nước mặt đất khi dốc dọc đáy rãnh nước tương đối lớn. 4-3. Dốc dọc máng chính lớn, dòng chảy xiết, đổ xuống bể tiêu xói, bệ tiêu năng. Độ dốc đáy rãnh có thể tới 1:2. Máng dốc nước đặt trên ta luy nền đào còn gọi là rãnh treo. Đầu ra của rãnh thoát nước có các loại: Rãnh đỉnh, rãnh biên, rãnh dọc, rãnh nước bậc thang ta luy, đều dẫn nước ra ngoài nền đường để phòng nước chảy xói lở nền đường. Những đoạn dốc ngang mặt đất rõ rệt, thì rãnh dọc, rãnh đỉnh có thể đặt phía trên một bên. Nếu dốc ngang mặt đất không lớn, nên đặt rãnh nước tại hai bên nền đường. Khi phần đỉnh nền đào không có đống đất thừa, khoảng cách giữa mép trong rãnh đỉnh đến đỉnh nền đào không nên nhỏ hơn 5 m. Nếu trong rãnh có gia cố chống thấm, không nên nhỏ hơn 2 m. Dốc dọc công trình thoát nước mặt đất, không nên nhỏ hơn 20/00. Vùng mặt đất bằng phẳng hoặc đoạn thoát nước ngược dốc, có thể giảm xuống 10/00. Mặt cắt ngang của rãnh biên, rãnh đỉnh, rãnh thoát nước, có đủ khả năng nước thông qua. Ngoài việc tính toán theo lưu lượng chảy ra, có thể sử dụng chiều rộng đáy rãnh 0,4m, độ sâu 0,6m. Khu vực ít mưa hoặc trong vùng đào đá, độ sâu có thể giảm xuống 0,4m. Rãnh biên nền đào ở đoạn thoát nước ngược dốc hoặc đường dốc của tuyến đường nhỏ hơn 20/00, độ sâu của rãnh ở điểm phân giới có thể giảm đến 0.2m, kích thước của rãnh ngăn nước của bậc thang ta luy, có thể sử dụng chiều rộng đáy 0,4m, độ sâu 0,2 ~ 0,4m. Ta luy rãnh biên của tuyến đường, có thể sử dụng 1:1, khi có bậc thềm ở rãnh biên, ta luy rãnh phía ngoài có thể sử dụng 1:1 ~ 1:1,5. Ta luy của rãnh đỉnh, rãnh dọc nên căn cứ vào chất đất và độ cao của ta luy để xác định, đất sét có thể sử dụng 1:1 ~1:1,5. Việc xác định kích thước của rãnh cần theo lưu lượng chảy của nước để N®s.186 nhieu.dcct@gmail.com thiết kế rãnh biên, rãnh đỉnh. Tần suất lũ tính cho rãnh p = 4%, đỉnh rãnh cao hơn mực nước thiết kế 0,2m. Rãnh đỉnh không nên thoát nước vào rãnh biên nền đào. Khi địa hình hạn chế cần xây dựng máng chảy xiết thoát nước vào rãnh biên, nên tại đầu vào máng chảy xiết tiến hành gia cố, tại đầu ra đặt công trình tiêu năng và tường chắn nước phòng nước chảy xói lở lòng đường. Rãnh biên hạ lưu máng chảy xiết nên mở rộng mặt cắt, xác định theo lưu lượng nước lũ p = 2%. Rãnh biên, rãnh đỉnh và rãnh dọc ở các tình huống dưới đây nên sử dụng biện pháp phòng trừ xói lở hoặc gia cố chống thấm, khi cần thiết có thể đặt tầng đệm, đoạn nơi tầng đất mềm rời rạc ảnh hưởng đến ổn định nền đường, đoạn có tốc độ chảy tương đối lớn, khả năng dẫn đến xói lở rãnh biên ở đoạn nền đào dễ sinh ra các hư hại cho lớp đệm nền, đoạn nơi có dòng chảy tập trung đổ vào rãnh đỉnh, rãnh dọc. ở đoạn mà nền đào sâu, dài và thoát nước ngược dốc khó khăn, nên đặt công trình xây dựng cầu cống để cho nước rãnh biên nhanh chóng thoát ra ngoài nền đường. Dòng nước ở rãnh biên nền đào không được chảy qua đường hầm thoát ra. Khi thoát nước khó khăn mà chiều dài đường hầm nhỏ hơn 300m, lượng nước của nền đào ngoài hầm tương đối nhỏ, lượng bùn ít, có thể dẫn thoát nước qua đường hầm. 4.1.4. Biện pháp thoát và hạ thấp mực nước ngầm nền đường 1. ảnh hưởng của nước ngầm đối với ổn định nền đường Nước ngầm và các hoạt động của nó trong phạm vi nền đường, luôn luôn ảnh hưởng đến ổn định nền đường. Ví dụ, đối với nền đào là đất sét thông thường và đá có khe nứt, do sự tồn tại của nước ngầm, đã tăng lên lượng nước chứa trong khối lượng đất nền đường, hạ thấp cường độ chống cắt, dưới tác dụng của tải trọng đoàn tầu và các lực khác, nước ngầm ngấm ướt đất ở lớp đệm nền, dẫn đến các hư hại của nền đường như đùn bùn lên, vai đường phồng lên. Hoạt động của nước ngầm trong ta luy, có thể dẫn đến biến dạng ta luy như di động trượt lớp đất bề mặt, mạch nước ngầm thường thấm ướt phần dưới nền đắp và lớp đệm nền, dẫn đến nền đắp di động thậm chí nghiêng trượt theo đáy nền, hoạt động của nước ngầm trong khối đất nền đường sườn núi là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây biến dạng làm khối đất trượt... Do vậy, nước ngầm trong phạm vi nền đường, cần phải được coi trọng đầy đủ, kịp thời sử dụng biện pháp thoát nước. 2. Loại hình chủ yếu công trình thoát nước ngầm nền đường Đối với nước ngầm có nguy hại cho nền đường, nên căn cứ vào các điều kiện như loại hình nước ngầm, độ sâu tầng chứa nước, tính thẩm thấu của lớp đất, để chọn dùng công trình thoát nước ngầm thích hợp. Khi vị trí nước ngầm tương đối cao hoặc không có tầng chứa nước cố định, có thể sử dụng rãnh hở, máng thoát nước, rãnh ngầm thoát nước, rãnh thấm ta luy, rãnh thấm tường chắn. Còn khi vị trí nước ngầm tương đối thấp hoặc là tầng chứa nước cố định có thể sử dụng hầm thấm nước, giếng thấm hoặc ống thấm, khoan lỗ dạng nghiêng. a) Rãnh hở và máng thoát nước: Rãnh hở là công trình thoát nước và thoát nước của mạch nước ngầm, đáy rãnh thông thường nên đào đến tầng không thấm N®s.187 nhieu.dcct@gmail.com nước, hình4-4a. Nếu tầng thấm nước quá sâu, đáy rãnh nên đặt trong tầng thấm nước, hình 4-4b. Đáy rãnh và ta luy rãnh nước sử dụng vật liệu không thấm nước làm tầng bảo vệ để tránh nước trong rãnh thấm vào trong đất. Máng thoát nước cũng là một loại công trình gồm thoát nước mặt đất và thoát nước của nước ngầm, hình 4-5. Vách mặt bên của máng thoát nước có lỗ thấm nước phía ngoài, vách mặt bên tốt nhất là đắp một tầng cát thô, đá dăm nhỏ hoặc xỉ than tạo thành phần phản lọc. Lỗ thấm nước ở phần trên của vách máng, vách máng dưới mặt nước trong máng là không thấm nước, để tránh nước ngầm chảy ngược vào đất. b) Rãnh ngầm thấm nước: Rãnh ngầm thấm nước còn gọi là rãnh chìm, là một loại công trình thoát nước ngầm, dùng để cắt chặn, thoát đi nước ngầm trong tầng chứa nước tương đối sâu, làm khô thể trượt hoặc hạ thấp mực nước ngầm, rãnh thấm thi công đào hở. c) Rãnh ngầm thấm nước: Có thể phân thành hai loại là rãnh thấm có ống và rãnh thấm không ống. Rãnh thấm do chôn lắp các đoạn ống mà thành gọi là rãnh thấm có ống. Rãnh thấm có mặt cắt hình chữ nhật gọi là rãnh thấm không ống. Rãnh thấm chôn sâu để tiện cho việc kiểm tra tu sửa mặt cắt của nó thì mặt cắt rãnh của nó phải tương đối lớn. Khi rãnh thấm tương đối dài, nên tại mỗi khoảng cách thích hợp lắp đặt giếng kiểm tra. Đỉnh rãnh nên đắp lại, đầm chặt để tránh nước mặt đất thấm vào. Theo tác dụng của rãnh thấm và vị trí phần lắp đặt có thể phân theo rãnh thấm cắt nước, rãnh thấm ta luy và rãnh thấm tường chắn. Kích thước mặt cắt ngang của rãnh ngầm thấm nước, hầm thấm nước nên căn cứ vào độ sâu chôn đặt, điều kiện thi công và duy tu để xác định, kích thước kết cấu nên do tính toán xác định. Dốc dọc của rãnh ngầm thấm nước và hầm thấm nước không nên nhỏ hơn 50/00, khi điều kiện khó khăn cũng không nên nhỏ hơn 20/00. Hình 4-4. Rãnh nước sâu. Hình 4-5. Mặt cắt máng thoát nước d) Rãnh thấm cắt nước và dẫn nước: N®s.188 nhieu.dcct@gmail.com Rãnh thấm cắt nước và dẫn nước theo độ sâu của nó phân thành rãnh thấm chôn nông và rãnh thấm chôn sâu, độ sâu của rãnh thấm chôn nông thông thường là 2 ~ 6 m, độ sâu của rãnh thấm chôn sâu lớn hơn 6m. Hình 4-6. Rãnh hạ thấp mực nước ngầm. Rãnh thấm chôn nông có thể dẫn dưới đất thấp trũng ướt hoặc vùng lộ ra mạch nước ngầm hoặc nước ngầm nơi máng lõn dưới đất và làm theo đường thông ngắn nhất thoát ra, để làm khô đất ở vùng gần kề nó hoặc hạ thấp mực nước ngầm. Rãnh thấm chôn nông ở dưới rãnh biên nền đào hoặc bên cạnh rãnh biên có thể hạ thấp mạch nước ngầm trong phạm vi nền đào và làm khô đất ở vùng gần kề, cần phải bố trí ở một hoặc hai sườn của nền đường, như hình 4-6a,b,c và 4-7. Trong hình 4-6a: C là chiều cao hạ thấp mực nước ngầm giữa hai đường rãnh thấm, theo yêu cầu về độ cao hạ thấp mực nước ngầm để xác định. Trong hình 4-7: e là khoảng cách từ mặt nước mao dẫn đến đồ thị tăng lên của nước mao dẫn, có thể lấy e = 0.25 ~ 0.5m, a biểu thị chiều lên cao của mực nước mao dẫn. Phần đáy rãnh thấm lắp đặt đường dẫn thoát nước, lỗ thoát nước nên đặt độ sâu không nhỏ hơn 0.25m, thông thường sử dụng cấu tạo tấm đậy hình chữ nhật bằng BTCT, tường xây bằng đá hoặc bê tông. Hình 4-6c dùng ống tròn hoặc không có ống tròn thì dùng sợi đan làm tầng phản lọc (tầng lọc ngược). Đối với rãnh thấm chôn nông, kích thước rãnh hình chữ nhật thông thường 0.3m  0.4m, đường kính trong ống tròn thường 0.3 ~ 0.5m. Đối với rãnh chôn sâu, để tiện vào trong kiểm tra và duy tu, kích thước rãnh hình chữ nhật có đường kính 0.8 ~ 1.2m, đường kính trong ống tròn có thể 1.0m, nước khe hở lưu lại trên tấm đậy hoặc trên ống tròn hay độ to nhỏ và khoảng cách giữa các mặt lỗ cùng với việc chọn lựa tầng phản lọc, có thể căn cứ vào lưu lượng nước tập trung của rãnh thấm và tổ hợp các hạt được dùng làm vật liệu đắp để tính toán xác định. Rãnh thấm cắt nước chỉ cần rãnh đào ở một bên thượng lưu đưa nước vào, rãnh đào bên hạ lưu nên không thấm nước, có thể dùng đất sét hoặc xây đá phiến làm thành tầng cách thấm (hình 4-8). N®s.189 nhieu.dcct@gmail.com Đáy của rãnh nền thấm nước cắt nước nên chôn vào trong tầng cách nước không nhỏ hơn 0.5m (hình 4-7). Hình 4-7. Tính toán hạ thấp mực nước ngầm của rãnh thấm một mặt bên. Hình 4-8. Rãnh thấm cắt nước (đơn vị: m) Phần đỉnh rãnh thấm phủ một lớp đá phiến, bề mặt dùng vữa, cát, xi măng chát lại, bên trên dùng đất có độ dày lớn hơn 0.5m, đắp chặt bằng mặt đất. Bộ phận thấm nước của rãnh ngầm thấm nước có thể sử dụng cát, đá dăm, bê tông không cát làm tầng phản lọc. Số cấp, độ dày và yêu cầu cấp phối hạt của tầng phản lọc nên căn cứ vào chất đất, vách rãnh và vật liệu tầng phản lọc để tính toán xác định. Cát đá dăm nên sàng lọc rửa sạch, trong đó hàm lượng hạt nhỏ hơn 0.15 mm không được lớn hơn 15%. N®s.190 nhieu.dcct@gmail.com Độ dày tầng phản lọc bằng tấm bê tông không cát có thể sử dụng 10~20cm. Khi chất đất vách là đất sét hoặc cát hạt nhỏ, tại mặt ngoài tấm bê tông không cát nên lắp thêm tầng phản lọc bằng vật đan thấm nước hoặc cát thô vừa có độ dày 10~15 cm. Khi chất đất vách rãnh là đất sét hoặc cát bột nhỏ, có thể tại khoảng cách giữa vật đan và đất hố trải thêm một tầng cát vừa có độ dày 10~15 cm. Trong rãnh ngầm thấm nước nên sử dụng đá cuội, sỏi, đá dăm cỡ nhỏ, cát hạt thô hoặc đá phiến được sàng chọn rửa sạch để đắp, trong lỗ khoan dạng nghiêng nên lắp đặt ống thấm nước đường kính tương ứng, ống thấm nước có thể chọn dùng ống bằng vật liệu PVC, ống thép, ống thấm nước dạng mềm, ống bằng BTCT không cát hoặc ống bê tông. Gián cách rãnh ngầm thấm nước 30 ~ 50 m, gián cách hầm thấm nước 120m và mặt phẳng chuyển gẫy khúc, điểm dốc dọc thay đổi thì nên đặt giếng kiểm tra. Khi vách giếng kiểm tra kết hợp với giếng thấm nước thì nên đặt tầng phản lọc. Trong giếng kiểm tra nên đặt thang kiểm tra, miệng giếng nên đặt nắp giếng. Khi độ sâu lớn hơn 20m nên đặt thêm công trình an toàn (lan can). Cửa thoát nước của rãnh thấm thường sử dụng đầu tường, phần dưới của nó lộ ra và lỗ thoát nước khớp với lỗ ống thoát nước rãnh thấm. Nền móng của đầu tường nên chôn vào tầng đất tương đối ổn định kiên cố. ở ngoài đầu tường nên tiếp nối một đoạn rãnh thoát nước có xây trát, độ dài của nó do tính toán quyết định. e) Rãnh thấm bê tông không cát. Rãnh thấm bê tông không cát là dùng bản vách bê tông không cát, BTCT chống ngang, tấm đạy bê tông cốt thép và nền móng bê tông thường tạo thành, bê tông không cát là do xi măng, vật liệu thô, sỏi cuội thiên nhiên tạo nên. Dùng bê tông không cát tạo thành các loại xây trát có khe rỗng thấm nước, trong rãnh thấm thoát nước dùng bê tông không cát làm vách rănh, để thay thế cho tầng phản lọc và công trình lỗ thấm thi công khó khăn, có được khả năng thấm nước, ưu điểm của nó là thi công đơn giản và tiết kiệm vật liệu. Bê tông không cát có cường độ nhất định, có thể bỏ đi vật liệu dùng để đắp trong rãnh thấm. Khi sử dụng nên chú ý đến điều kiện tầng đất nơi đó và công nghệ chế tạo. Mặt cắt rãnh thấm nước bằng bê tông không cát (hình4-9) N®s.191 nhieu.dcct@gmail.com (a) Mặt cắt rãnh thấm nước (b) Bản vách bê tông không cát Hình 4-9. Cấu tạo rãnh thấm nước bằng bê tông không cát (đơn vị: cm). f) Rãnh thấm ta luy Rãnh thấm ta luy dùng để hong khô ta luy bị thấm ướt và dẫn thoát nước mạch ngầm hoặc nước đọng ở tầng trên ta luy, tác dụng chống đỡ ta luy. Loại rãnh này phù hợp với ta luy nền đào có chất đất và độ dốc ta luy không quá 1:1, cũng có thể dùng gia cố ta luy nền đắp chất đất dễ phát sinh sụt trượt bề mặt. Hình dạng bình diện rãnh thấm ta luy có thể làm hình dây hình phân nhánh và hình vòm...đối với đất ướt cục bộ mà phạm vi tương đối lớn, nên dùng hình phân nhánh như hình 4-10, khi đất bề ngoài ta luy ngấm ướt nên dùng bố trí kết hợp của hình vòm và hình dây hình 4-11. Chiều rộng nói chung lớn hơn 1,3 ~ 1,5 m. Hình 4-10. Bố trí phân bố mặt phẳng hình dây. Rãnh thấm ta luy nên vuông góc mặt ta luy, đáy rãnh thấm chôn trong tầng đất tương đối khô ráo, ổn định ở dưới tầng đất ngấm ướt của ta luy, chiều sâu ngấm nước làm thành hình bậc thang, độ dốc N®s.192 nhieu.dcct@gmail.com 2~4% mặt cắt dọc của rãnh thấm ta luy (hình 4-12). Hình 4-11. Bố trí mặt phẳng hình vòm. Hình 4-12. Mặt cắt dọc rãnh thấm ta luy. Mặt cắt dọc rãnh thấm ta luy thông thường sử dụng hình chữ nhật chiều rộng của nó không nên nhỏ hơn 1,2 m. Chu vi bên ngoài lắp đặt tầng phản lọc. Trong rãnh thấm dùng vật liệu thấm nước hạt nhỏ đã rửa sạch để bổ sung thêm. Phần đỉnh rãnh thấm thông thường dùng đá phiến lát khan một lớp để che đậy, bề mặt của nó bằng mặt phẳng ta luy. Khi cần thiết có thể dùng lại bề mặt đá phiến lát khan, dùng vữa xi măng trát lại. Cửa ra nước ở phần dưới rãnh thấm ta luy, thường sử dụng đá phiến xây khan để chồng lên, tác dụng của nó là vật liệu bổ sung cho phần trong của rãnh thấm tường chắn và lấy nước trong đất tụ dần vào rãnh thấm hoặc nước ngầm thoát vào rãnh biên nền đào hoặc trong rãnh thoát nước nền đắp. g) Rãnh thấm tường chắn Rãnh thấm tường chắn chủ yếu là tác dụng chống đỡ, thoát nước ngầm và làm khô mặt đất. Rãnh thấm tường chắn thông thường sử dụng bố trí hình dây đai, mặt cắt sử dụng dạng hình chữ nhật, chiều rộng thông thường 2~3m, khoảng cách giữa các rãnh thấm thường từ 8~15m. Độ sâu thường đến vị trí mạch nước ngầm và nơi có nhiều nước trong đất, theo hướng chuyển động trượt. Đáy rãnh N®s.193 nhieu.dcct@gmail.com nên đặt ở tầng đất ổn định hoặc trong nền đá dưới mặt trượt. Có thể theo hình dạng mặt trượt làm thành hình bậc thang, độ dài của bậc sau cùng nên tương đối dài, để tăng thêm khả năng chống trượt của nó, đáy rãnh lát rải phòng thấm. Bộ phận bổ sung của rãnh thấm tường chắn nên dùng đá có dung trọng tương đối lớn lát khan, vách rãnh có thể xem tính chất tầng đất của vách rãnh để bố trí hoặc không đặt tầng phản lọc. Phần đỉnh rãnh thấm có thể dùng đá phiến xây khan một lớp che đậy, bề mặt của nó dùng vữa cát xi măng trát lại, đề phòng trừ nước mặt đất thấm vào. Mặt cắt dọc rãnh thấm tường chắn như hình 4-13 Hình 4-13. Mặt cắt dọc rãnh thấm tường chắn Rãnh thấm tường chắn có thể xem điều kiện địa chất và nước ngầm bố trí thành nhiều loại hình dạng, rãnh thấm tường chắn có thể sử dụng đơn độc cũng có thể kết hợp với tường chắn chống trượt sử dụng như hình 4-14 (a) Bố trí mặt bằng sử dụng đơn độc, (b)Bố trí mặt bằng sử dụng phối hợp Hình 4-14. Bố trí rãnh thấm tường chắn. Phương pháp tính toán rãnh thấm tường chắn như hình 4-14a, giả định bố trí rãnh thấm tường chắn làm cho thể đất ở giữa hình thành vòm tự nhiên, đường tên vòm lấy bằng một nửa khoảng cách giữa hai rãnh thấm, thể đất dưới vòm tự nhiên, do tác dụng làm khô của rãnh thấm sẽ được ổn định. Tổng lực trượt xuống T của mỗi đường rãnh thấm bằng F1 cộng với phân lực F’2 và F’3 trượt xuống song song với áp lực sườn chân vòm hai bên, có thể tính như công thức dưới đây: T = F1 + F’2 + F’3  E( b + d ) ( 4-1) Trong đó: E - lực đẩy ta luy trựơt của mỗi mét chiều rộng phía sau rãnh thấm (kN/m); N®s.194 nhieu.dcct@gmail.com b - chiều rộng rãnh thấm (m); d - khoảng cách giữa hai rãnh thấm (m). Nếu không tính ma sát của vách rãnh thấm (lệch về an toàn) thì lực chống đỡ của rãnh thấm R có thể tính theo công thức: R = V   f = A b  f   = L  h  b    f Trong đó: (4-2) V - thể tích của vật liệu đắp vào rãnh thấm (m3); A - diện tích mặt sườn của cả rãnh thấm (m2); b - chiều rộng mặt cắt rãnh thấm(m); L - chiều dài hướng dọc rãnh thấm(m); h - chiều cao bình quân của rãnh thấm(m);  - dung trọng của vật liệu đắp rãnh thấm ( kN /m3); f - hệ số ma sát của đáy nền và vật liệu đắp rãnh thấm. Khi sử dụng đơn độc rãnh thấm tường chắn, tính đến cân bằng của lực trượt xuống với lực giữ rãnh thấm và đưa vào hệ số an toàn chống trượt k (thường dùng 1,3): R = KTcos - T sin . f ( 4-3) Nếu đã biết lực đẩy trượt ta luy và căn cứ vào vị trí mặt trượt, điều kiện thi công, định ra được chiều rộng rãnh thấm b và độ cao bình quân h, do công thức trên có thể tìm được chiều dài rãnh thấm L hoặc định ra được độ sâu bình quân và chiều dài rãnh thấm, tìm chiều rộng rãnh thấm. h) Hầm thấm nước Hầm thấm nước còn gọi là hầm tiết nước. Nó dùng để cắt thoát hoặc dẫn thoát nước ngầm nằm tương đối sâu hoặc sử dụng phối hợp với giếng thấm dạng đứng (ống thấm), để thoát nước ngầm trong tầng đất phức tạp có nhiều tầng chứa nước. Khi đặt hầm thấm nước cần phải nắm được tư liệu về địa chất thuỷ văn và kiểm tra rõ ràng thứ tự tầng phân bố và lưu lượng của nước ngầm để xác định chính xác vị trí hầm ngầm. Hình 4-15 là mặt cắt hầm dạng tường thẳng đứng thường dùng. N®s.195 nhieu.dcct@gmail.com Hình 4-15. Mặt cắt hầm thấm nước dạng vòm. i) Thoát nước bằng lỗ nằm ngang Thoát nước bằng lỗ nằm ngang hoặc còn gọi là thoát nước lỗ khoan mặt phẳng, là dùng máy khoan đặt nằm ngang, hướng tầng chứa nước thể đất trượt đục lỗ phẳng có góc nghiêng nhỏ, sau đó dùng ống thép hoặc ống nhựa cắm vào lỗ khoan làm lỗ dẫn thoát nước ngầm làm khô đất. Bố trí lỗ bằng phẳng tầng đơn như hình 4-16. Vị trí lỗ phẳng đặt ở dưới mực nước ngầm, trên tấm đỉnh tầng cách nước, cố gắng mở rộng phạm vi hong khô đất. Khoảng cách giữa lỗ phẳng theo hệ số thẩm thấu của tầng chứa nước và mức độ hong khô yêu cầu để xác định thường từ 5~15 m là được. k) Thoát nước liên hợp bằng giếng thấm tụ nước và lỗ nằm ngang Khi nước ngầm trong khối trượt ở dưới sâu, hoặc nhiều tầng chứa nước có thể dùng giếng đứng có đường kính lớn (đường kính có thể tới 3.5m) và phối hợp sử dụng lỗ khoan nằm ngang để hạ thấp mực nước ngầm và hong khô khối đất gần kề (xem hình 4-17). Phần đỉnh ống thấm hoặc giếng thấm tụ nước nên dùng vật liệu ngăn thấm che đậy, để phòng bị tắc, giếng thấm tụ nước hình tròn cũng có thể sử dụng kết cấu bê tông không cát, để thay thế vật liệu thấm nước đắp thêm và đặt tầng phản lọc. Trong công trình các loại rãnh thấm thoát nước ngầm, hầm thấm nước và giếng thấm, thường dùng tầng phản lọc để giữ đất hạt nhỏ trong tầng đất chứa nước bị thấm trôi đi, làm tắc công trình thoát nước ngầm. Hiện nay tầng phản lọc thường dùng có tầng phản lọc bằng đá dăm cuội hoặc cát, tầng phản lọc bằng tấm bê tông không cát và tầng phản lọc bằng vải địa kỹ thuật. Vải địa kỹ thuật có cường độ nhất định, tính mềm dai và tính liên tục, nó có thể trực tiếp rải đặt tại nơi cần đặt tầng phản lọc, như hai vách bên của rãnh thấm tường chắn, rãnh thấm ta luy và bộ phận bậc thang của đáy rãnh. N®s.196 nhieu.dcct@gmail.com Hình 4-16. Bố trí lỗ thoát nước tầng đơn. Hình 4-17. Giếng tụ nước. 4.2. Phòng hộ nền đường 4.2.1. Phòng hộ mặt ta luy nền đường Nước mặt ta luy nền đường chảy men theo sườn dốc, tốc độ chảy nhỏ, nó có quan hệ với độ dốc ta luy và trạng thái mặt ta luy. Khi ta luy thoải, gồ ghề hoặc có cây cỏ mọc thì tốc độ chảy chậm, ngược lại là nhanh. Tác dụng phá hỏng của nước chảy trên mặt luy nền đường là sự rửa mòn mặt ta luy, ban đầu chỉ là sự xói đi các hạt nhỏ và chuyển đến chân ta luy hoặc rãnh sườn đường, lâu dần hình thành rãnh nếp nhăn, rãnh chân gà, rãnh xói, tiến đến phá hoại ổn định ta luy nền đường. Do vậy đối với sự rửa mòn của dòng nước mặt đất ta luy nền đường, nên kịp thời phòng hộ mặt ta luy và xây dựng công trình thoát nước, bảo đảm thoát nước thông suốt. Phòng hộ mặt ta luy nên căn cứ vào tính chất đất đá, điều kiện địa chất thửy văn của ta luy, độ dốc và chiều cao ta luy .... để chọn dùng biện pháp phòng hộ thích hợp. 1. Phòng hộ bằng thực vật Trên mặt ta luy gieo trồng loại cỏ, như hình 4-18, thích hợp với chất đất ở độ dốc ta luy nhỏ hơn 1: 1,25 hoặc ta luy đá phong hoá nghiêm trọng. Nếu chất đất không thích hợp trồng cỏ, có thể đắp vào một lớp đất trồng trọt (dày 5 ~10cm). Cỏ trồng sau khi sống có thể ngăn trở xói lở với tốc độ chảy 0.1 ~ 0.6m/s. N®s.197 nhieu.dcct@gmail.com Trên ta luy trồng cây hoa ngọn nhỏ, cũng là một loại cây phòng hộ ta luy tương đối tốt. Hình 4-18. Hai hình thức trồng cỏ ta luy ở tầng đất trồng trọt (đơn vị : cm). Trồng vầng cỏ như hình 4-19. Tác dụng và điều kiện sử dụng thích hợp giống như trồng cỏ, nhưng khả năng ngăn chặn xói lở mạnh hơn, có thể ngăn tác dụng xói lở1,8m/s, đường sắt Trung Quốc sử dụng rộng rãi phương pháp này. Phương pháp trồng vầng cỏ có hai loại là trồng cỏ ô vuông và trồng cỏ toàn mặt. Vầng cỏ, có vầng cỏ tự nhiên và vầng cỏ mạng thủ công. Khi trồng vầng cỏ căn cứ vào độ dốc ta luy và tốc độ chảy, có thể sử dụng phương pháp lát phẳng (song song với mặt ta luy), ghép bằng chồng mép nhau, vuông góc mặt taluy, hoặc rải đặt so với mặt ta luy thành vầng cỏ chồng lên nhau nghiêng bằng một nửa góc ta luy. Trồng cây, lấy bụi cây thì tốt, nên chọn loại cây trồng mà bộ dễ phát triển để rễ sống được, như cây hoè bông tím, ngoài việc bảo hộ ta luy còn có giá trị kinh tế lớn. Trồng cây và trồng cỏ đều có thể tiến hành phối hợp. N®s.198 nhieu.dcct@gmail.com Hình 4-19. Cấu tạo lát vầng cỏ (đơn vị: cm). 2. Gia cố và gia cường mặt ta luy Đối với ta luy không thích hợp sử dụng phòng hộ thực vật, như ta luy chất đá dễ phong hoá như đá vôi diệp thạch, đá bùn biến chất nông, có thể phòng hộ bằng phương pháp trát vữa, phun vữa, trát mặt, tưới vữa. Một mặt đề phòng dòng nước xói lở mặt ta luy, mặt khác ngăn chặn phong hoá tróc bong từng mảng. Trát vữa như hình 4-20, thích hợp với ta luy đá đất sét dễ phong hoá, dốc ta luy không hạn chế. Thông thường sử dụng các vật liệu như vôi, xỉ than, đất sét, cát, cốt giấy. (a) rãnh nền đào (b) phần đỉnh khảm vào (c) trát vào tầng đá cứng mềm Hình 4-20. Cấu tạo mặt trát ( đơn vị cm) N®s.199 nhieu.dcct@gmail.com Đối với ta luy chất đá không giống nhau, dùng lưới dây thép cọc mỏ neo phun vữa xi măng phòng hộ, vữa xi măng dày từ 8 ~ 10 cm. Tỷ lệ phối hợp vật liệu và tỷ lệ xi măng, nước, thông thường nên thông qua phun thử để xác định. Thiết kế mặt bảo hộ có khe co dãn và lỗ thoát nước. Nên chú ý mặt bảo hộ phun vữa xi măng, thích hợp với ta luy đào đắp ổn định, nước ngầm không phát triển, ta luy dốc lớn tương đối khô ráo, thi công mặt trát vữa cát tương đối đơn giản, mà lượng dùng xi măng của mặt bảo hộ phun vữa xi măng tiết kiệm, có thể chấp nhận được. Do sự phát triển vật liệu được hợp thành vải địa kỹ thuật, sản phẩm đan thổ công không dệt có thể dùng để phòng hộ mặt ta luy đối với ta luy không thích hợp cho thực vật sinh trưởng, có thể dùng vải địa kỹ thuật để phòng hộ mặt ta luy. Nước ngoài dùng loại kết cấu phòng hộ phức hợp này để thu hiệu quả rất tốt. Kết cấu của nó là trên mặt ta luy rải vật liệu đan thổ công không dệt dùng để thoát nước, bảo đảm chắc chắn ổn định ta luy, trên vật đan phủ lớp màng mỏng cách nước phòng trừ nước ngấm vào và có tác dụng giữ nhiệt nhất định. Cũng có thể hợp hai lớp thành một lớp sử dụng màng thổ công phức hợp thay thế, đồng thời bao gồm phát huy tác dụng của hai loại trên. Mặt trên cùng giải lớp màng thổ công nhựa đường làm thành tầng bảo hộ giữ ấm, phòng nước như hình 4-21. Hình 4-21. Phòng hộ kép bằng vật liệu hợp thành thổ công ( đơn vị: cm) 3. Lát đá bảo vệ ta luy Đối với ta luy chất đất các loại đất lẫn đá, mà dốc nhỏ hơn 1/1, mặt ta luy chịu sự xói dội của dòng nước mặt sản sinh rãnh xói, dòng bùn, tầng ngoài cục bộ nhỏ trượt sụt, đều có thể sử dụng phòng hộ bằng lát đá bảo hộ ta luy. Lát đá phòng hộ ta luy có mấy loại dưới dây: a) Lát đá khan một lớp Như hình 4-22, lát đá khan sử dụng thích hợp với chất đất, ta luy nhỏ hơn 1/1,25, ta luy đất lẫn đá và thường có ít nước ngầm thấm ra, độ dày thường là 0,3m. Khi ta luy là đất dễ xói mòn như đất bột, cát rời rạc và đất cát dính, dùng đá phiến lát khan nên đặt tầng đệm cát, đá dăm hoặc sỏi có chiều dày không nhỏ hơn 0,1m. Nền móng của nó nên xếp đến đáy rãnh biên. N®s.200 nhieu.dcct@gmail.com Hình 4-22. Phòng hộ ta luy bằng lát đá phiến (đơn vị: cm). b) Lát vữa đá phiến bảo vệ ta luy Hình 4-23. Phòng hộ ta luy bằng xây khung đá phiến hình vòm ( đơn vị: cm). Lát vữa đá phiến bảo vệ ta luy sử dụng ở nơi có nguồn vật liệu phong phú, ta luy chất đá hoặc ta luy đất, độ dốc ta luy nhỏ hơn 1/1. Độ dày đá phiến xây thông thường là 0,3 ~ 0,4m. Khi chiều cao ta luy lớn hơn 20m, nên đặt tại phần giữa bệ phẳng không nhỏ hơn 1 m. Khi diện ta luy bảo vệ tương đối lớn có thể đặt thêm dây thép bên trong phòng hộ ta luy để tăng cường độ cứng của nó. Lát vữa đá phiến bảo vệ ta luy nên đặt lỗ thoát nước và khe co dãn, đặt bậc thang lên xuống tại vị trí thích hợp để tiện cho việc duy tu. Lát vữa khung đá phiến hoặc khung bê tông bảo vệ ta luy như hình 4-23, để tiết kiệm đá phiến và xi măng, thường dùng lát vữa khung bê tông. Trong khung lát vầng cỏ hoặc mặt trát đất tam hợp, đất tứ hợp, thay thế lát vữa đá phiến hoặc bê tông. Nếu vầng cỏ và mặt trát bảo vệ ta luy dễ rơi dụng, có thể dùng lát vữa khung đá phiến hình ô vuông hoặc hình vòm tiến hành gia cường. N®s.201 nhieu.dcct@gmail.com Hình 4-24. Tường phòng hộ bằng đá phiến xây vữa (đơn vị: cm). c) Tường bảo vệ bằng đá phiến xây vữa Như hình 4-24, tường bảo vệ xây vữa đá phiến, xây đá phiến độ dày 0.4 ~ 0.5m làm thành tường đặc hoặc phòng hộ ta luy dạng khung cửa sổ. Độ dày tường bảo vệ có hai loại là độ dày mặt cắt như nhau và mặt cắt thay đổi. Chiều cao tường loại đầu thường không vượt quá 10m, tường loại sau đơn cấp không vượt quá 12m. Nếu cần tăng thêm chiều cao có thể làm thành tường bảo vệ hai cấp hoặc ba cấp, đồng thời đặt thêm chiều rộng thềm bệ phẳng không nhỏ hơn 1m. Chiều rộng đỉnh tường thường là 0,4m. Khi tường cao thường xây tai tường để tăng tính ổn định, chiều dày tai tường là 0.5 ~ 1m. Móng tường bảo vệ, để phòng trừ đóng băng có hại, nên đặt ở dưới cao độ đóng băng. Lực chịu tải của đất móng đáy tường, yêu cầu trên 30N/cm2. Để tăng tính ổn định chống trượt của tường bảo vệ, đáy tường luôn làm thành dốc ngược nghiêng 0,2:1 hoặc 0,1:1. d) Tường bảo vệ bằng đá phiến xây vữa có thể dùng ở ta luy các loại chất đất. khụng dốc hơn 1:1,5 và ta luy đỏ dễ phong hoỏ sụt trượt, với ta luy nền đào thoải hơn 1/ 0,3, sử dụng tường bảo vệ thể đặc, ta luy thoải hơn 1 /0,75, có thể dùng tường bảo vệ dạng cửa sổ, trong cửa sổ có thể xây vỗ mặt hoặc đá phiến xếp khan. Nếu ta luy chất đá tương đối hoàn chỉnh và tương đối dốc, có thể dùng tường bảo vệ dạng gân sườn, khi phần dưới ta luy đá tương đối ổn định mà phần trên cần phòng hộ có thể dùng tường bảo vệ dạng vòm. Sự phân biệt lớn nhất giữa tường bảo vệ và tường chắn đất là tường bảo vệ không chịu áp lực đất. Tổng hợp về loại hình công trình phòng hộ mặt ta luy nền đường và điều kiện sử dụng thích hợp thống kê ở bảng 4-1. Điều kiện sử dụng và loại hình công trình phòng hộ mặt ta luy N®s.202 nhieu.dcct@gmail.com Bảng 4-1 Loại hình Hình thức cấu phòng tạo hộ (1) (2) Điều kiện sử dụng thích hợp Hạng mục chú ý (3) (4) Trồng cỏ hoặc Ta luy chất đất dốc gieo trồng cỏ thoải 1/ 1,25 Phòng hộ Trồng vầng cỏ bằng thực vật Trồng bụi (1) Phòng hộ bằng phun (2) Khi ta luy tương đối cao có thể dùng vải địa kỹ thuật và trồng cỏ kết hợp Ta luy đất và đá phong hoá mạnh, Vầng cỏ là vầng cỏ tự nhiên, cũng phong hoá toàn bộ, ta có thể là vầng cỏ lưới thổ công do luy không dốc hơn 1/ trồng nhân tạo. 1 Ta luy chất đất và đá phong hoá toàn bộ. Dốc ta luy không dốc hơn 1/ 1.5 Cây trồng nên là cây bụi thân thấp có bộ rễ phát triển, cành lá rậm rạp, thích hợp với vùng đất sinh trưởng nhanh (3) (4) Phun cát xi Chọn tỷ lệ phối hợp vật lệ và tỷ lệ măng độ dày 6 Ta luy đào, chất đất ~ 10 cm, vật dễ xói mòn, mái dốc xi măng nước, thông thường nên liệu là cát, xi không dốc hơn 1/ 0.75 qua phun thử măng, đất sét. Phun vữa độ dày 5cm vật liệu là cát, xi măng, vôi. Ta luy nền đào đá dễ phong hoá, nhưng không quá mạnh hoặc phong hoá toàn bộ, mái dốc không dốc hơn 1/ 0,5 N®s.203 nhieu.dcct@gmail.com Phun bê tông độ dày 8cm, Vật liệu là cát, xi măng, đá dăm. Cọc neo lưới dây thép, phun Phòng vữa hoặc bê hộ tông cọc neo bằng sâu 1,0 ~ 2,0 lưới m khoảng treo cách mắt lưới phun 20 ~ 25 cm, vữa ngoài ra giống phòng hộ bằng phun Ta luy nền đào đá dễ phong hoá, nhưng không phong hoá mạnh, hoặc phong hoá toàn bộ, mái dốc không dốc hơn 1/ 0,5 Ta luy đá phòng hộ bằng phun bê tông Độ sâu của lỗ mỏ neo, nên sâu hơn hoặc vữa, khi mặt ta độ sâu cố định mỏ neo 20cm ngoài luy đá vỡ vụn, sử ra giống phòng hộ bằng phun dụng phòng hộ để gia cố ổn định mặt ta luy (1) (2) (3) (4) Phòng hộ mặt ta luy bằng đá phiến lát khan Độ dày nói chung là 30cm, độ dày tầng đệm cát đá dăm đặt phía dưới của nó 10cm Ta luy nền đắp chất đất, ta luy nền đào cục bộ có ít nước ngầm tiết ra, ta luy nền đào chất đất cục bộ và bổ sung, độ dốc mái không dốc hơn 1/1,25 Nền móng nên chọn dùng đá hòn tương đối lớn, nên tiến hành xây từ dưới lên trên, cần đắp đầy khe hở nứt, lỗ hổng Tường bảo vệ xây bằng vữa đá phiến Độ dày 30 ~ 40cm xây bằng vữa cát xi măng Ta luy đá dễ phong hoá và ta luy chất đất, dốc ta luy không dốc hơn 1/1. N®s.204 nhieu.dcct@gmail.com Xây khung đá phiến hoặc cốt bê tông phòng hộ ta luy Khung nên dùng hình ô vuông, hình vòm. Trong hình ô vuông lát trồng vầng cỏ, gieo trồng cỏ hoặc lát khan đá phiến. Ta luy đất và đá phong hoá toàn bộ, khi mặt ta luy xói lở nghiêm trọng do nước mưa hoặc ngấm ướt, mái ta luy không dốc hơn 1/1. Tường bảo vệ bằng vữa xây đá phiến Độ dày mặt cắt là 50cm, mặt cắt thay đổi đỉnh rộng 40cm chiều rộng đáy xác định theo chiều cao của tường. Chiều cao tường bảo vệ mặt cắt không nên vượt quá 6m. Khi dốc ta Ta luy đất và đá dễ luy thoải không vượt quá 10m, phong hoá bị tróc rơi, tường bảo vệ mặt cắt thay đổi, cấp độ dốc ta luy không đơn không nên vượt quá 12m. Khi dốc hơn 1/ 0,5 vượt quá nên đặt bệ phẳng, phân cấp để xây. Xung quanh ta luy phòng hộ cần dùng vữa xây đá phiến, Trên điểm giao khung bê tông đóng cọc neo, khung ở khu vực nhiều mưa nên làm rãnh cắt dòng nước Chọn dùng phòng hộ mặt ta luy cần chú ý những vấn đề sau đây: Phòng hộ mặt ta luy nền đào bằng cách sử dụng thực vật, phòng hộ bằng gieo trồng, phòng hộ bằng phun lưới treo và đoạn ta luy nền đào chất đất tường đối cao tại khu vực lượng nước mưa bình quân hàng năm lớn hơn 400mm, nên tại chân ta luy dùng vữa xây đá bảo vệ cao 1 ~ 2m hoặc tường bảo vệ. Ta luy nền đào tầng đá mềm cứng xen kẽ căn cứ vào tình hình tầng đá để sử dụng phòng hộ toàn bộ hoặc phòng hộ từng phần. Khi chiều cao tường bảo vệ bằng vữa xây đá phiến lớn hơn 12m, chiều cao của ta luy bảo vệ bằng vữa xây đá phiến và ta luy bảo vệ khung lớn hơn 18m, nên đặt thềm bệ phẳng tại nơi có chiều cao thích hợp, chiều rộng thềm không nên nhỏ hơn 1m. Nền móng tường bảo vệ xây vữa đá phiến, ta luy phòng nên đặt tại phía dưới vai đường không quá 1m, đồng thời không nên cao hơn mặt đáy rãnh biên đã xây, khi móng là đất đóng băng nên đặt dưới độ sâu đóng băng ít nhất là 0.25m. Mặt ta luy dạng phủ kín nên đặt lỗ thoát nước và khe co dãn trên thể xây phòng hộ. Khi mặt ta luy có lộ ra mạch nước ngầm, nên sử dụng biện pháp dẫn nước ra. Ta luy nền đào sâu chất đất và đá dễ phong hoá, nên xây tường chắn đất ở chân ta luy, để hạ thấp chiều cao ta luy. Khi mặt ta luy ở trên đỉnh tường chắn đất có xây tường phòng hộ vữa xây đá phiến phòng hộ taluy, thì đỉnh tường chắn nên đặt thềm bệ phẳng, chiều rộng thềm phẳng không nên nhỏ hơn 2m. N®s.205 nhieu.dcct@gmail.com Nền đắp tại khu vực mưa nhiều, dùng vật liệu đắp như: đất cát, đất hạt nhỏ, vai đường và chân ta luy dễ bị nước mưa xói lở cuốn trôi, nên căn cứ tình hình cụ thể đặt phòng hộ. 4.2.2. Phòng hộ xói lở chân ta luy nền đường Nền đường ven sông, chịu sự biến thiên của dòng chảy và nguy cơ xói lở, đặc biệt là hàng năm đến mùa lũ dâng lên, do sự bào mòn của dòng chảy đối với nền đường, dẫn đến sụt hỏng, gây ra tai hoạ rất lớn cho tài sản, tính mệnh và đoàn tầu chạy, nên căn cứ vào các nhân tố như: Đặc tính sông ngòi, tính chất dòng nước, địa mạo dòng sông, địa chất. Kết hợp với vị trí nền đường, sử dụng công trình phòng hộ mặt ta luy thích hợp, công trình dẫn dòng hoặc cải tạo dòng sông. Hiện nay đường sắt Trung Quốc đang sử dụng biện pháp phòng hộ trực tiếp xói lở dòng sông và ta luy nền đường có phòng hộ bằng thực vật, phòng hộ ta luy bằng đá phiến xếp khan, xây vữa đá phiến, phòng hộ ta luy bằng bê tông, thả đá, lồng đá, lát tấm bê tông loại to và tường chắn ngâm nước. Phân theo phạm vi sử dụng phòng hộ xói lở, phòng hộ xói lở nền đường có thể phân thành: phòng hộ trực tiếp và phòng hộ gián tiếp. 1. Phòng hộ trực tiếp a) Trồng vầng cỏ Tuyển chọn vầng cỏ cho ta luy đất, gia cố thích hợp xếp chồng lên nhau, sau khi sống được và phát triển, bộ rễ đan kết từ đó mà có tác dụng phòng trừ xói mòn như hình 4-25. Hình 4-25. Vầng cỏ phòng hộ xói lở. b) Thả đá phòng hộ N®s.206 nhieu.dcct@gmail.com Hình 4-26. Thả đá phòng hộ. Thường dùng mặt cắt thả đá phòng hộ như hình 4-26. Tầng phản lọc trong hình vẽ cũng có thể dùng vật đan thổ công không dệt (vải địa kỹ thuật). c) Phòng hộ ta luy bằng xây khan đá phiến Phòng hộ ta luy bằng xây đá phiến bao gồm hai loại là đá phiến xếp khan ( hình 4-27) và đá phiến xây vữa ( hình 4-28). Nền móng của phòng hộ taluy bằng đá phiến nên xét tới độ sâu xói lở lớn nhất. a) Đá phiến xây khan tầng đơn, (b) Đá phiến xây khan tầng đôi Hình 4-27. Xây khan đá phiến phòng hộ ta luy. (a).Chân tường vùi sâu dưới đường xói lở (b) Bản bê tông mềm phòng hộ móng Hình 4-28. Xây vữa đá phiến phòng hộ ta luy. d) Bản bê tông và tấm bê tông mềm N®s.207 nhieu.dcct@gmail.com Để chống lại tác dụng ác liệt của dòng chảy, sóng vỗ và nước chảy, có thể sử dụng bản bê tông có chiều dài tương đối lớn như hình 4-29, tấm bản có thể đặt trước cốt thép cấu tạo cần thiết. Khi rải đặt, làm lớp đệm bằng cát đá dăm dưới tấm bản. Điều kiện sử dụng thích hợp giống như xây vữa đá phiến, nhưng giá thành tương đối cao. Hình 4-29. Bản bê tông phòng hộ ta luy. e) Phòng hộ ta luy bằng rọ đá Phòng hộ ta luy bằng rọ đá có cường độ tốt và tính mềm. Cấu tạo rọ đá như hình 4-30. Không cần vật liệu hòn đá to. Nếu tầng đất lòng đáy sông tương đối tốt đồng thời trong nước chảy có bùn cát, khe hở trong lồng đá rất nhanh bị lấp tắc hình thành chỉnh thể. Nhược điểm của nó là lưới kim loại của lồng sắt rễ bị mòn gỉ hư hại, làm cho lồng đá tan nát. Dây thép tráng kẽm có thể dùng 8 ~ 12 năm, sợi thép bình thường 3~5 năm. Cũng có thể dùng tre đan lồng đá phòng hộ ta luy. Phòng hộ ta luy bằng rọ đá thường dùng ở những nơi thiếu đá lớn, vùng có đá lăn trong dòng chảy không dễ sử dụng. Thi công vào mùa khô là thuận lợi nhất. Hình 4-30. Cấu tạo rọ đá 2. Phòng hộ gián tiếp Ngoài các biện pháp phòng hộ trực tiếp chống xói lở bờ ta luy nền đường như ở trên, cũng có thể dùng phương pháp cải tạo dịch chuyển tuyến trục dòng chảy của sông để đạt được mục đích phòng hộ. Biện pháp là cải tạo dòng sông xây dựng công trình dẫn dòng. Khối lượng công trình cải tạo sông chuyển dòng chảy chống xói lở tương đối lớn, chỉ khi thực sự cần thiết mới sử dụng. Còn công trình xây dựng dẫn N®s.208 nhieu.dcct@gmail.com dòng chảy phân theo hình dạng bình diện có hai loại là kè đỉnh và kè thuận. Kè đỉnh còn gọi là kè dẫn thoát nước như hình 4-31; 4-32 ; 4-33. (a) Dạng bố trí vuông góc (b) Dạng bố trí thoát dưới (c) Dạng bố trí thoát trên Hình 4-31. Hình dạng bố trí khác nhau của kè đỉnh. Hình 4-32. Kè đỉnh đơn. Hình 4-33. Kè thuận. Thân kè đỉnh vươn hướng tâm dòng sông chắn ngang dòng chảy làm cho dòng chảy chuyển hướng, từ đó làm cho tốc độ dòng chảy thúc vào bờ giảm thiểu, tránh được hoặc giảm bớt xói mòn, hoặc lắng đọng thành bờ mới. Theo trị số lớn nhỏ của góc giao giữa kè đỉnh và hướng dòng sông chảy, kè đỉnh phân thành ba dạng bố trí là vuông góc, dẫn trên và dẫn dưới. a) Dạng dẫn trên: Góc giao giữa kè đỉnh và phương hướng dòng chảy lớn hơn 0 90 (thông thường là 1000 ~ 1500) do kè húc dòng chảy tương đối kịch liệt, khả năng thúc nước mạnh nhất; b) Dạng vuông góc: Hướng dòng chảy vuông góc với kè đỉnh, khả năng thúc nước nhỏ hơn dạng dẫn trên một chút. c) Dạng dẫn dưới: Góc giao giữa hướng dòng chảy và kè đinh nhỏ hơn 900 (thông thường là 600 ~ 750), khả năng thúc nước yếu nhất. Kè đỉnh nên bố trí thành quần thể. Kè đỉnh đơn lẻ chống cản dòng chảy sinh ra uốn khúc dòng chảy, ngược lại sẽ thành bờ dốc xói lở mới (hình 4-32) Căn cứ vào độ dài của thân kè, kè đỉnh có thể phân thành kè đỉnh dài và kè đỉnh ngắn. Kè đỉnh dài thông thường vươn ra 1/3 chiều rộng lòng sông ổn định, mặt cắt dòng chảy lòng sông bị ép nén, lực thoát nước càng lớn; mặt cắt dòng chảy lòng sông của kè đỉnh ngắn nhỏ, lượng thoát nước cũng nhỏ. Nhưng có thể phát huy tác dụng đến dòng chảy hỗn loạn gần bờ, giảm thiểu lực xói lở của dòng chảy đối với ta luy bờ nền đường. N®s.209 nhieu.dcct@gmail.com Kè thuận trên bình diện bố trí theo hướng dọc, cả thân kè và hướng dòng chảy gần như song song, hoặc góc giao rất nhỏ, tác dụng của nó làm cho dòng chảy chậm lại, thuận theo thân kè lưu chuyển, dần dần chuyển hướng chảy, cách xa khu bờ sông có nền đường phòng hộ. Kè thuận phân thành các loại như sau: Dạng tuyến thẳng, dạng cong, liên tục, ngắt quãng. Đặc điểm của nó là không làm hẹp mặt cắt dòng chảy lòng sông, ảnh hưởng đối với dòng sông tự nhiên tương đối nhỏ. Kè đỉnh và kè thuận lại có thể chia thành ba loại là kè mực nước thấp, kè mực nước trung bình, kè mực nước cao. Kè mực nước thấp là con đê dùng để điều chỉnh vị trí nước thấp. Trên mực nước thấp có hiện tượng ngập tràn, có thể gọi là kè đập tràn. Kè mực nước trung bình là con đê dùng để điều chỉnh mức nước trung bình. Do mực nước trung bình là mực nước dẫn đến biến đổi lòng sông, vì thế điều chỉnh dòng nước ở mực nước trung bình tại máng sông chủ ổn định có ý nghĩa quan trọng. Khi kè mực nước trung bình tại mực nước lũ cũng là đập tràn. Kè mực nước cao là kè theo tính toán mực nước lũ cao nhất còn gọi là kè không tràn. Dòng nước không thể chảy tràn qua đỉnh kè. Khả năng dẫn dòng chảy phòng hộ xói lở bờ nền đường của kè không tràn so với kè tràn là mạnh hơn. Khi chọn dùng loại kè, mặt nước bờ sông cần mở rộng, nước sông có chỗ vòng lại, móng lòng sông kiên cố, đối với bờ cho phép xói lở chọn dùng kè đinh dài; lòng sông tương đối hẹp. Đối với bờ sông không cho phép xói lở chọn dùng kè đỉnh ngắn. Nền móng lòng sông kiên cố dùng kè hình thức dẫn trên; nếu nền móng lòng sông không kiên cố đặc biệt là bộ phận đầu kè không tốt, để tránh móng kè phá hoại, dùng kè hình thức dẫn dưới. Kè tràn thông thường dùng để bảo hộ chân ta luy bờ tránh xói lở; còn kè không tràn dùng nhiều với tình trạng bờ bị xói lở đặc biệt nghiêm trọng khi dòng sông ở mực nước cao. Tổng hợp lại bảng 4-2 thống kê công trình phòng hộ xói lở nền đường và loại hình thường dùng và điều kiện sử dụng. Bảng 4-3 thống kê cấp loại xây bê tông công trình nền đường và phạm vi sử dụng thích hợp. Điều kiện sử dụng và loại hình thường dùng công trình phòng hộ xói lở Bảng 4-2 Điều kiện sử dụng thích hợp Loại hình phòng hộ Hình thức cấu tạo Vận tốc chảy cho phép m/s Phương hướng dòng chảy địa mạo đường sông (1) (2) (3) (4) N®s.210 nhieu.dcct@gmail.com Hạng mục chú ý (5) Xếp trồng 1.2 ~1.8 vầng cỏ Phòng hộ thực vật Trồng rừng bảo hộ, trồng liễu (1) Ta luy phòng hộ bằng đá phiến xây khan Có phòng hộ xói lở bờ sông đoạn bãi nông (2) (3) Chiều dày tầng đơn 0.25~0.35mc hiều dày tầng 2~3 đôi tầng trên 0.25~0.35mt ầng dưới 0.25m Phòng hộ ta luy Dày bằng ~ 0.6m rãnh xây đá phiến 0.3 4~8 Phòng hộ ta Dày 0.08 luy ~ 0.2m bằng bê tông Thả đá Phương hướng tuyến đường và dòng chảy gần như song song, các loại phòng hộ ta luy nền đắp không bị xói lở bởi dòng nước lũ Kích thước hòn đá căn cứ vào tốc độ chảy, sóng to 3 nhỏ để tính toán không nên nhỏ hơn 0.3m (4) (5) Phương hướng dòng chảy tương đối phẳng thuận với mép viền đất bãi bờ sông. Ta luy nền đắp không bị dòng chủ xói lở, đoạn sông không có hòn đá lăn và vật nổi trôi Trên ta luy có biến dạng nên đặt tầng Ta luy nền đắp xói lở bởi dòng đệm, khi có chủ và sóng tác dụng mãnh liệt cây trôi, đá lăn nên tăng chiều dày thích hợp Phương hướng dòng chảy tương đối phẳng thuận, đoạn sông xói lở cục bộ không nghiêm trọng, ta luy nền đắp và bờ sông đã ngấm nước Độ dày thả đá không nên nhỏ hơn hai lần kích thước hòn đá N®s.211 nhieu.dcct@gmail.com Dọ đá (1) Xây khối lớn Sợi thép tráng kẽm đan thành hình hòm 4 ~ 5 hoặc hình tròn trong dọ đựng đá hòn (2) 2m2m2m 3m3m3m Tường chắn đất ngâm nước (3) 5~8 5~8 Chịu nước lũ xói lở, nhưng đoạn sông không có đá lăn và khu vực thiếu vật liệu đá lớn (4) (5) Thường phối Đoạn sông bị dòng chủ xói lở hợp với nghiêm trọng tường chắn sử dụng Đoạn sông ở khe sâu chảy xiết và dòng chảy xói lở nghiêm trọng Thiết kế phòng hộ xói lở cần chú ý các vấn đề dưới đây: Tại đoạn sông mà tốc độ chảy là 2~ 5 m/s so sánh kinh tế kỹ thuật, cũng có thể sử dụng các loại hình phòng hộ xói lở như gối chìm, vải địa kỹ thuật, mô hình túi vải địa kỹ thuật. Mô hình túi vải địa kỹ thuật là một loại túi bằng vải đan hai lớp trong túi đựng bê tông tính lưu động hoặc vữa xi măng cát hoặc bê tông đá phiếm, sau khi đông kết tạo thành tấm bản cứng có cường độ cao và độ cứng cao. Chiều cao mặt đỉnh công trình phòng hộ xói lở nên là: Mực nước thiết kế + chiều cao sóng + chiều cao nước trườn + 0.5m; Với nền đắp bãi sông ở đầu cầu, khi dốc dọc dòng chảy tương đối lớn, bãi sông tương đối rộng, thì nên tính thêm chiều cao mặt nước dâng do dốc ngang mặt nước trước cầu. Đáy móng đặt dưới độ sâu xói lở không nên nhỏ hơn 1m khảm vào trong móng đá. Khi chiều sâu xói lở tương đối sâu, thi công dưới nước khó khăn có thể sử dụng móng cọc, móng giếng chìm hoặc phòng hộ bình diện thích hợp. Độ sâu xói lở có thể căn cứ vào công thức tính toán, phân tích chảy xói lở của tầng đất lòng sông, và phân tích tư liệu thực tiễn của các công trình tương tự để xác định. Công trình phòng hộ xói lở nên phẳng thuận liên tiếp với ta luy bờ ở thượng lưu, hạ lưu, phần đầu mút khảm sâu vào thành bờ, để phòng trừ điều kiện dòng chảy ác liệt của thượng, hạ lưu. Khi xây dựng công trình dẫn dòng nên căn cứ vào địa mạo đường sông, địa chất, tính chất dòng chảy, quy luật diễn biến đường sông và yêu cầu phòng hộ, quy hoạch N®s.212 nhieu.dcct@gmail.com điều chỉnh tuyến dẫn dòng, đồng thời tránh làm tăng xói lở ruộng đất nông nghiệp, thôn trang, đường xá và nền đường ở hạ lưu. Phạm vi sử dụng, cấp cường độ xây bê tông công trình nền đường Bảng 4-3 Chủng loại thể xây và bê tông Thể xây đá phiến Cường độ thấp nhất của vật liệu Vữa xi Vật măng cát liệu đá Phạm vi sử dụng thích hợp MU20 __ Rãnh biên, rãnh đỉnh, rãnh thoát nước MU30 --- Phòng hộ mặt ta luy, rãnh thấm ta luy, tường phòng hộ M7.5 MU30 --- Rãnh ngầm thoát nước, công trình tường chắn, máng chảy xiết phòng hộ xói lở, rãnh biên, rãnh đỉnh, rãnh thoát nước, tường phòng hộ. M10 MU30 ---- Vách hầm thấm nước, tường chắn ngấm nước Bê tông hoặc bê tông đá phiến ---- --- C10 Tầng đệm nền móng ---- --- C15 Giếng kiểm tra, hầm thấm nước, phòng hộ xói lở, công trình tường chắn Thể xây bê tông M7.5 --- C15 Rãnh biên, rãnh dỉnh, rãnh thoát nước, phòng hộ mặt ta luy M10 ---- C15 Hầm thấm nước ----- ---- C15 Giếng kiểm tra, phòng hộ xói lở, công trình tường chắn. Bê tông cốt thép dòng. M5 Bê tông Đoạn lòng sông ở khu vực núi, không nên xây dựng công trình thoát nước dẫn Chiều cao đỉnh kè của kè mực nước cao nên là: Mực nước thiết kế + chiều cao sóng vỗ + chiều cao nước trườn + 0.5m. Chiều dài kè tháo nước không nên lớn hơn 1/ 4 chiều rộng lòng sông, khoảng cách kè nên 1 ~ 2,5 chiều dài kè. Khi dòng chảy tương đối phẳng thuận có thể tăng đến 3 ~ 5 lần. Bộ phận đầu kè, chân kè và nền móng của kè thuận và kè tháo nên tăng cường phòng hộ. Móng kè nên khảm vào chân bờ đủ độ sâu, bờ sông nối liền với móng kè nên phòng hộ với chiều dài thích hợp. N®s.213 nhieu.dcct@gmail.com Nền đường không nên xâm chiếm lòng sông quá nhiều. Khi có dòng chảy xối thẳng, nguy hiểm đến an toàn nền đường, ngoài việc phải làm tốt phòng hộ xói lở, khi cần có thể điều chỉnh cục bộ dòng sông. Điều chỉnh dòng sông nên căn cứ vào đặc tính dòng sông và quy luật diễn biến của nó. Điểm bắt đầu và điểm cuối cùng thay đổi dòng sông nên thuận với lòng sông cũ. Để phòng trừ dòng chảy quay theo dòng cũ, nên tại chỗ đầu vào cải tạo dòng sông tăng dốc dọc và đặt kè chắn sông hoặc kè thuận. Mặt cắt dòng sông nên tính toán theo lưu lượng của tần suất nước lũ thiết kế. 4.2.3. Công trình phòng hộ nền đường và tường tổng hợp trị núi 1. Công trình phòng hộ nền đường Công trình phòng hộ che chắn, công trình xây dựng chắn cắt và công trình xây dựng bổ sung trị núi tổng hợp. a) Công trình xây dựng che chắn dùng cho ta luy nền đào sâu mà đoạn đường sườn núi có biến dạng sập đổ. Căn cứ vào tình trạng chịu lực không giống nhau có các loại hầm bảo hộ. b) Công trình xây dựng chắn cắt dùng cho sườn núi có đá sập đổ. Căn cứ vào điều kiện đặt và tác dụng không giống nhau, có các loại hình: Thềm phẳng đá rơi, máng đá rơi, tường chắn đá, đê chắn đá và hệ thống phòng hộ mềm. (a) Lắp đặt cọc chốt và căng cáp (b) Bố trí phòng hộ chủ động Hình 4-34. Hệ thống phòng hộ chủ động. N®s.214 nhieu.dcct@gmail.com Hình 4-35. Hệ thống phòng hộ bị động Hiện nay công trình phòng hộ đường sắt dùng nhiều hệ thống phòng hộ mềm thay thế cho biện pháp lưới chắn đá và cọc chắn truyền thống. Hệ thống phòng hộ mềm chỉ thuyết minh đơn giản như sau: Hệ thống phòng hộ mềm là dùng lưới thép buộc vào sợi cáp làm thành bộ phận chủ yếu để phòng hộ hư hại do sập đổ đá rơi. Căn cứ vào tác dụng của nó và điều kiện đặt chia thành hai loại phòng hộ là phòng hộ chủ động và phòng hộ bị động, như hình 4-34 và 4-35. Phòng hộ chủ động là lợi dụng cọc mỏ neo và lưới buộc bằng sợi cáp để cố định tảng đá nguy hiểm ở chỗ cũ, làm nó không thể rơi xuống. Công trình truyền lực của hệ thống chủ động là: “ Lưới sợi thép  dây cáp đỡ  cọc mỏ neo  tầng đất ổn định”. Nguyên lý tác dụng gần giống hệ thống phòng hộ lớp mặt như phun mỏ neo phòng hộ và tường đóng đinh mỏ neo. Do đặc điểm mềm của nó, nên có thể chịu được lực trượt tương đối lớn. Hệ thống phòng hộ bị động do bốn bộ phận tạo thành lá chắn là lưới buộc vào sợi cáp, hệ thống cố định (mỏ neo kéo và cáp chắn đỡ) vòng giảm nén và cọc thép, nó có thể hấp thụ và tiêu hao năng lượng xung kích của đá xập tới và ngăn chặn đá lăn rơi, đạt được mục đích phòng hộ và tránh được sự phá hoại của chính bản thân công trình xây dựng phòng hộ cứng truyền thống. Hệ thống mềm gồm lưới buộc vào sợi cáp chắn đỡ, cấu tạo vòng giảm nén, khoảng cách giữa cọc thép và gối móng sử dụng liên kết động để đảm bảo tính mềm của hệ thống. Công năng của hệ thống phòng hộ mềm đáng tin cậy, bền lâu, thi công đơn giản nhanh chóng, chỉ cần ít nhân công và máy móc đơn giản thi công, ảnh hưởng ít tới đoàn tầu vận hành, bố trí tương đối linh hoạt, nói chung không phá hại cây cối bề mặt ta luy ban đầu, lợi cho bảo vệ môi trường, giá thành chi phí thấp, hiệu quả phòng hộ tốt. Nó là một loại phương pháp kinh tế có thể tiến hành chữa trị sập đổ đá rơi. Vài năm gần đây trên tuyến vận doanh đường sắt dùng phương pháp này để chữa trị hư hại đá lăn tương đối nhiều, hiệu quả tốt. 2. Công trình xây dựng tường tổng hợp trị núi Loại công trình này chủ yếu dùng trên tuyến đường sắt đang khai thác có sườn núi không ổn định và thể đá nứt vỡ, tảng đá nguy hiểm, đá nhô cao bất chợt, hang động, phân biệt sử dụng tường đỡ, tường chắn, tường bảo hộ, phun mỏ neo và gia cố xà đỡ. Khi thiết kế công trình che chắn, đều cần tiến hành tính toán, liên quan về đá rơi, nội dung chủ yếu bao gồm tính toán đá rơi văng ra, nhẩy cao, tính lực xung kích N®s.215 nhieu.dcct@gmail.com của hòn đá. Khi có điều kiện nên tiến hành thực nghiệm quan sát thực tế hiện trường, đo đạc và thu thập tham số tính toán, chiều cao đá lăn ra và quỹ đạo vận động của hòn đá rơi xuống, làm cho thiết kế kết quả sát với thực tế hơn. Câu hỏi ôn tập chương 4 Câu 1. Thoát nước nền đường Câu 2. Phòng hộ nền đường N®s.216 nhieu.dcct@gmail.com . Chương 5 Nền ñường trên ñất yếU 5.1. Khái niệm chung ðất yếu là một khái niệm tương ñối ñể chỉ những loại ñất có cường ñộ chịu lực nhỏ, ở trạng thái chảy hoặc dẻo mềm. ở nước ta thường gặp nhất là ñất sét yếu bão hoà nước, bùn, than bùn, ñôi khi còn gặp loại ñất yếu là ñất bazan xốp hoặc loại cát chảy. Cho ñến nay, chưa có ai ñề ra các tiêu chuẩn ñịnh lượng ñể phân ñịnh cho nền ñất yếu. Tuy nhiên, một loại ñất ñược gọi là yếu còn tuỳ thuộc vào sự tương quan giữa tải trọng của công trình tác dụng với sức chịu tải của nền ñất. Có loại ñất ñược coi là yếu ñối với công trình này, nhưng ñối với công trình khác nó lại có thể ñược coi là loại ñất bình thường. ở nước ta, ñất yếu ñược phân bố rộng rãi ở vùng ñồng bằng Bắc Bộ, ñồng bằng Nam Bộ và các vùng ñồng bằng ven biển từ Thanh Nghệ Tĩnh ñến nam Trung Bộ, gây ra nhiều khó khăn khi xây dựng các công trình giao thông và dân dụng. Các tầng ñất yếu này có nguồn gốc là loại trầm tích châu thổ, trầm tích bờ, vũng vịnh. Về cấu tạo, chúng thường có nhiều lớp có các cỡ hạt và chiều dày khác nhau. Tính chất chủ yếu của nền ñất yếu là khả năng chịu lực nhỏ, tính ép lún rất lớn và hệ số thấm nhỏ. Bởi vậy, việc xây dựng công trình trên ñất yếu có những ñặc ñiểm riêng, công trình nền ñắp trên ñất yếu dễ bị mất ổn ñịnh do bị lún sụt, ép trồi, ñộ lún thường khá lớn , thời gian lún kéo dài. Khi thiết kế và thi công nền ñường qua vùng ñất yếu, phải ñảm bảo sự ổn ñịnh của nó trong suốt thời gian thi công cũng như trong quá trình khai thác sau này. Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng các sự cố hầu như ñều liên quan ñến biến dạng lún của nền, việc xử lý hậu quả do những hư hỏng vì nền ñắp mất ổn ñịnh thường rất phức tạp và tốn kém. Mặt khác, khi xây dựng nền ñường qua vùng ñất yếu, cần ñặc biệt quan tâm ñến công tác khảo sát ñịa chất và các phương pháp thí nghiệm xác ñịnh các chỉ tiêu cơ lý của nền ñất yếu, xác ñịnh chiều dày các lớp ñất, vị trí và chiều dày lớp cát trong tầng ñất yếu, vị trí và ñộ dốc ngang của tầng ñất cứng ở dưới ñáy v.v… Các nước khác nhau có thể có sự phân loại ñất yếu khác nhau. Theo tài liệu của Trung Quốc, người ta phân ñất yếu thành 5 loại: ñất sét yếu, ñất bùn, bùn, ñất than bùn và than bùn (bảng 5-1). Theo tiêu chuẩn Liên xô phân ñất yếu thành các loại: ñất sét yếu, bùn và than bùn. ðất sét yếu có thành phần chủ yếu là sét hoặc á sét bão hoà nước có cường ñộ cao hơn so với bùn, trên mặt thường có lớp vỏ cứng. Bùn là trầm tích ñược tạo thành trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật, hệ số rỗng e>1 với loại á sét và e >1,5 với loại sét, ñộ ẩm của bùn thường lớn hơn giới hạn chảy, cường ñộ chịu lực của nó rất nhỏ, biến dạng lớn, dễ bị thay ñổi cấu tạo tự nhiên. Than bùn ñược tạo thành do quá trình phân huỷ các chất hữu cơ tại các ñầm lầy, hàm lượng hữu cơ cao. N®s.218 nhieu.dcct@gmail.com Tuy nhiên, tất cả các sự phân loại như vậy chỉ có tính qui ước và tương ñối. Phân loại ñất yếu theo tiêu chuẩn Trung Quốc Bảng 5.1 Loại ñất ðất sét mềm ðất bùn Bùn Trọng Cường ñộ Chỉ Hàm Hệ số lượng thể ðộ ẩm W Hệ số cắt nhanh tiêu Hệ số lượng nén lún tích tự thấm k rỗng e hữu cơ a0,1~0,2 (%) Cu ϕu xuyên nhiên -1 (cm/s) (MPa (%) ) (kPa) (ñộ) N03-5 γ(kN/m3) > 1,0 W>WL 16~19 ðất than bùn 10~16 Than bùn 10 0,5 1,5 3~10 100~300 > 3,0 10~50 < 10-6 < 25 < 5 2,0 > 300 > 10,0 > 50 σ3) α- góc hợp bởi mặt tác dụng của σ1 và mặt tác dụng của τ Thay σ và τ vào công thức (5-4) ta có: fσ 1 + C − f (σ 1 − σ 3 ) sin 2 α = f (α ); K= (σ 1 − σ 3 ) sin α cos α (5-5) Hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất Kmin tìm ñược từ ñiều kiện: dK d 2K = 0 và ≥0 dα dα 2 Lấy ñạo hàm bậc nhất và bậc hai của phương trình (5-5) cho thoả mãn ñiều kiện trên, ta ñược kết quả: Kmin = 2 Trong ñó: A = A( A − f ) fσ 1 + C ; σ1 −σ 3 (5-6) (5-7) Với góc nghiêng αo tương ứng tìm ñược qua tgαo như sau: tgαo = + A A− f (5-8) Ta tính hệ số Kmin của nhiều ñiểm trong ñất móng, vẽ các ñường ñẳng trị của Kmin ta sẽ xác ñịnh ñược phạm vi khu vực dẻo có Kmin ≤ 1. ðể sơ bộ ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh của nền ñường, người ta cho rằng nền ñường ổn ñịnh khi chiều dài khu vực dẻo không lớn hơn một nửa chiều rộng ñáy nền ñắp và chiều rộng khu vực dẻo không vượt quá một phần tư bề rộng ñáy nền ñắp. 2. Kiểm toán ổn ñịnh chống ép trồi bằng phương pháp tra ñồ thị MandelSalenςon: Nếu gọi B là chiều rộng trung bình của ñáy nền ñắp, H - chiều cao nền ñường, h - Chiều dày lớp ñất yếu (hình 5-7) Hệ số an toàn của nền ñường ñược tính theo công thức: q gh ; (5-9) F= q Trong ñó: qgh - áp lực giới hạn của nền ñất yếu; q - ứng suất ở ñáy nền ñắp tại tim ñường do tải trọng nền ñắp gây ra. N®s.225 nhieu.dcct@gmail.com qgh = Cu.Nc; (kPa); Hình 5-7. Sơ ñồ phá hoại của nền ñường có ñáy rộng. N®s.226 nhieu.dcct@gmail.com (5-10) Cu- lực dính ñơn vị xác ñịnh bằng thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước. NC - hệ số tra (hình 5-8); q = γñH; (5-10) γñ- dung trọng ñất ñắp. H- chiều cao nền ñắp. Phương pháp này cho phép ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh chống ép trồi của nền ñắp trên ñất yếu một cách nhanh chóng và ñơn giản. Khi F≥[F]=1,5 thì nền ñường không Hình 5-8. bị lún trồi. Hệ số chịu tải NC theo tỷ số B/h (Biểu ñồ Mandel- Salenςon) 5.4.2. Kiểm toán ổn ñịnh chống trượt Nền ñắp trên ñất yếu còn có thể bị mất ổn ñịnh do trượt . Việc kiểm toán ổn ñịnh chống trượt ñược tiến hành với giả thiết mặt trượt là mặt trụ tròn và dùng phương pháp phân mảnh cổ ñiển ñể tính toán. Có nhiều phương pháp tính hệ số an toàn F. Ví dụ: có thể xác ñịnh hệ số an toàn một cách nhanh chóng bằng cách tra các ñồ thị lập sẵn hoặc dùng phương pháp tra bảng. Cũng có thể dùng phương pháp mặt trụ tròn ñể tính ổn ñịnh theo ứng suất cố kết có hiệu, hoặc tính theo tổng cường ñộ v.v... ở ñây xin giới thiệu một vài phương pháp ñể bạn ñọc tham khảo. 1. Phương pháp tra bảng Có thể nhanh chóng xác ñịnh hệ số an toàn F ứng với cung trượt nguy hiểm nhất theo công thức sau: F=f.A+ Cu ⋅B γ d .H (5-11) Trong ñó: A và B - các hệ số (bảng 5-2), phụ thuộc vào kích thước hình học của cung trượt (hình 59) f = tgϕ Cu- lực dính không thoát nước của nền ñất yếu. Hình 5.9. Sơ ñồ kiểm toán ổn ñịnh γñ - dung trọng ñất ñắp. theo trượt sâu (phương pháp tra bảng) Giá trị các hệ số A và B Bảng 5-2 N®s.227 nhieu.dcct@gmail.com ðộ dốc taluy 1:m Mặt trượt ñi qua nền ñất yếu và có tiếp tuyến nằm ngang tại ñộ sâu h h = 0,25H h = 0,5 H h=H h = 1,5 H A B A B A B A B 1:1,00 2,56 6,10 3,17 5,92 4,32 5,80 5,78 5,75 1:1,25 2,66 6,32 3,24 6,02 4,43 5,86 5,36 5,80 1:1,50 2,80 6,53 3,32 6,13 4,54 5,93 5,94 5,85 1:1,75 2,93 6,72 3,41 6,26 4,66 6,00 6,02 5,90 1:2,00 3,10 6,87 3,53 6,40 4,78 6,08 6,10 5,95 1:2,25 3,26 7,23 3,66 6,56 4,90 6,16 6,18 5,98 1:2.50 3,46 7,62 3,82 6,74 5,03 6,26 6,26 6,02 1:2,75 3,68 8,00 4,02 6,95 5,17 6,36 6,34 6,05 1:3,00 3,93 8,40 4,24 7,20 5,31 6,47 6,44 6,09 Ví dụ 5-1: Kiểm toán ổn ñịnh nền ñường cao 7 m, ñắp trên ñất yếu có chiều dày 10 m gồm 3 lớp, các số liệu trên (hình 5-10). Nội dung kiểm toán như sau: a) Kiểm toán ổn ñịnh chống ép trồi bằng phương pháp tra ñồ thị Hình 5.10. Ta có: N®s.228 nhieu.dcct@gmail.com B 16,9 = = 1,69 . h 10 B = 1,69 ta ñược NC=5,21. h qgh=Cu.NC = 20 x 5,21 = 104,2 kPa ứng suất do tải trọng nền ñắp gây ra ở ñáy nền ñường là: Tra ñồ thị hình 5-8, ứng với: q = γñH = 18 x 7 = 126 kPa Hệ số an toàn F= q gh q = 104,2 = 0,827 < [ F ] = 1,5 126 Vậy nền ñường có khả năng bị ép trồi. b) Kiểm toán ổn ñịnh chống trượt cục bộ bằng phương pháp tra bảng: Hệ số an toàn: F = f . A + B. Cu γdH Trong ñó: ϕu = 0 ; f = tgϕu = 0; lực dính không thoát nước: lấy trị số nhỏ nhất: Cu = 20 kPa; γñ=18 kN/m3; H = 7m; 1: m = 1: 1,5; h 10 = = 1,428 . H 7 h Tra bảng 5-2, ứng với = 1,428 ñược B = 5,86 H 20 F = 0 + 5,86 =0,930 < [F] = 1,5 18 x7 Vậy nền ñường có khả năng bị trượt cục bộ. 2. Phương pháp cố kết ứng suất có hiệu Do tác dụng cố kết thoát nước, cường ñộ của ñất yếu ñược nâng cao. Tuy nhiên, theo khái niệm về lý thuyết cố kết, người ta giả ñịnh tải trọng ngoài tăng lên tức thời, còn trên thực tế, ñất ñắp không thể gia tải tức thời, cũng không thể ñắp từng lớp rồi ñợi ñất móng có ñủ thời gian cố kết mới ñắp tiếp. Bởi vậy, khi tính toán, nếu chỉ dùng chỉ tiêu cắt nhanh Cu, ϕu hoặc chỉ tiêu cắt nhanh cố kết ϕcu, Ccu ñều không phản ánh chính xác mức ñộ ổn ñịnh của nền ñắp trên ñất yếu. ðể kết quả tính toán sát với thực tế, phải nghiên cứu kỹ tác dụng cố kết trong quá trình ñắp nền ñường, ñộ cố kết, trị số áp lực nước lỗ rỗng tại các ñiểm trong ñất móng. Thông thường, người ta dựa vào các số liệu và các công thức lý thuyết, khi có ñiều kiện, có thể chôn các máy cảm ứng ño áp lực nước lỗ rỗng ở hiện trường ñể tính ñộ cố kết. Phương pháp cố kết ứng suất có hiệu dựa trên cơ sở của phương pháp chia mảnh truyền thống, với giả thiết dạng mặt trượt là mặt trụ tròn. Tuy nhiên, trong tính toán có xét ñến sự gia tăng cường ñộ của ñất móng, sự gia tăng này phụ thuộc vào mức ñộ cố kết tại thời ñiểm tính toán. N®s.229 nhieu.dcct@gmail.com Vì nền ñắp có chiều dài diện tích chịu tải lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng của nó, sự phân bố ứng suất trên ñất coi là bài toán phẳng. Bởi vậy, khi kiểm toán ổn ñịnh, ñể ñưa về bài toán phẳng, người ta lấy một mét dài nền ñường làm ñơn vị tính toán. Trọng lượng mảnh i là Qi (qua trọng tâm mảnh i) ñược dời theo phương thẳng ñứng xuống mặt trượt. Qi ñược phân thành phân lực tiếp tuyến với mặt trượt Ti và pháp tuyến là Ni . Trong ñó: Ni = Qi sin αi Ti = Qi cos αi αi là góc hợp bởi ñường thẳng ñứng qua tâm trượt O và ñường nối tâm O với ñiểm ñặt của Qi. Thành phần Ni gây ra lực ma sát trên mặt trượt, có chiều ngược với chiều trượt. Thành phần Ti thì tuỳ theo vị trí của mảnh i so với ñường thẳng ñứng qua tâm trượt O mà nó có thể cùng hoặc ngược chiều với chiều trượt. Lực dính Cili tác dụng trên mặt trượt mảnh i luôn ngược chiều với hướng trượt. ðể xét ảnh hưởng của tải trọng nền ñắp tới ñộ gia tăng cường ñộ ñất móng do cố kết, trọng lượng các mảnh Qi ñược tách ra thành QIi và QIIi là trọng lượng phần ñất móng và phần ñất ñắp. Tương tự trên ta có NIi và NIIi; TIi và TIIi là các thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến trên mặt trượt của QIi và QIIi. Hệ số ổn ñịnh K theo phương pháp cố kết ứng suất có hiệu ñược tính như sau: ∑ (N K= Ii AB tgϕ u + N IIi u tgϕ cu + C cu l i ) + ∑ ( N IIi tgϕ + Cl i ) + ∑ Ti ' ∑ (T AB BC Ii + TIIi ) + ∑ TIIi ; (5-12). BC Trong ñó: C,ϕ - lực dính ñơn vị và góc ma sát trong của ñất ñắp. Ccu, ϕcu- lực dính ñơn vị và góc ma sát trong của ñất móng, xác ñịnh bằng thí nghiệm cắt nhanh cố kết. ϕu- góc ma sát trong của ñất móng, xác ñịnh từ thí nghiệm cắt nhanh. l i - chiều dài cung trượt mảnh i. T'- phân lực tiếp tuyến ngược chiều với hướng trượt. u - ñộ cố kết bình quân của ñất móng. ðể ñánh giá mức ñộ ổn ñịnh của nền ñường, ta phải giả ñịnh nhiều cung trượt và tính hệ số ổn ñịnh tương ứng của chúng, cung trượt nào có hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất là cung trượt nguy hiểm nhất. Khi hệ số ổn ñịnh Kmin ≥ [K] mới có thể nói rằng nền ñường ổn ñịnh. N®s.230 nhieu.dcct@gmail.com Hệ số ổn ñịnh [K] thường lấy từ 1,15 ñến 1,25. Vì có thể vẽ vô số cung trượt giả ñịnh, tương ứng với nó ta có thể tính ñược vô số hệ số ổn ñịnh K, trong khi ñó chỉ có một trị số Kmin của cung trượt nguy hiểm nhất. Vì vậy khối lượng tính toán rất lớn. ðể giảm bớt khối lượng tính toán, có thể áp dụng kinh nghiệm thiết kế của Trung Quốc: vị trí tâm trượt nguy hiểm nhất thường nằm trong phạm vi hình tứ giác gạch chéo FHIG (hình 5-12). Trong ñó BF nghiêng 360 so với mặt nền ñường, FG và EH là các ñường thẳng ñứng qua chân taluy và qua ñiểm E giữa taluy. Hình 5-11. Phương pháp ứng suất cố kết có hiệu kiểm toán ổn ñịnh nền ñường Hình 5-12. Phạm vi vùng chứa tâm trượt nguy hiểm nhất theo kinh nghiệm Tất nhiên, khi tính toán, cần tính bổ sung vài cung trượt có tâm nằm ngoài phạm vi này nữa. 3. Phương pháp tổng cường ñộ Trong phương pháp này, cường ñộ chống cắt ñược dùng là kết quả thí nghiệm cắt cánh tại hiện trường hoặc kết quả thí nghiệm xuyên, không cần xét tới các chỉ tiêu C và ϕ của móng, cũng không cần xét tới ñộ cố kết của móng. Phương pháp này thích hợp ñối với trường hợp kiểm toán ổn ñịnh nền ñường trên móng là ñất sét yếu bão hoà có hệ số thấm rất nhỏ, thời gian thi công rất ngắn. Khi ñất yếu có hệ số thấm lớn không nên dùng phương pháp này. Hệ số ổn ñịnh K tính theo công thức sau: K= ∑M ∑M on truot Trong ñó: ∑Mtrượt- mô men của các lực gây trượt ñối với tâm O. ∑Mtrượt = Q.g Q- lực thẳng ñứng của phần khối trượt bên phải ñường thẳng ñứng qua tâm trượt O, bao gồm hoạt tải và tổng trọng của ñất ñắp. g- khoảng cách từ trọng tâm của Q ñến ñường thẳng ñứng OF. ∑Mổn - mô men của các lực chống trượt của ñất ñắp ñối với tâm O N®s.231 nhieu.dcct@gmail.com ∑Mổn: M1 + M2 M1- mô men của các lực chống trượt của ñất ñắp trên ñoạn DG M1 = R (Ntgϕ+ C l ); l = DG ϕ, C- chỉ tiêu cắt nhanh của ñất ñắp sau khi ñầm chặt (hình 5-13) và (5-14). Hình 5-13. Phương pháp tổng cường ñộ kiểm toán ổn ñịnh nền ñường Hình 5-14.Mô men chống trượt M1 của ñất ñắp Nếu gọi S là tổng cường ñộ của ñất móng, với giả thiết là một hằng số, thì mô men chống trượt M2 trên ñoạn cung trượt EFG ñược tính như sau: M2 = S. L. R L - chiều dài cung trượt EFG Thực tế ño ñạc chỉ ra rằng: tổng cường ñộ S của ñất móng phụ thuộc vào chiều sâu của tầng ñất yếu theo tỉ lệ tăng nhất ñịnh (hình 5-15). S = So + λ h Trong ñó: So- tổng cường ñộ của ñất móng tại ñáy nền ñắp ; λ- tỉ lệ tăng cường ñộ của ñất móng theo chiều sâu (hình 515). h- Chiều sâu tính từ mặt ñất móng ñến ñiểm tính toán. Trên cung trượt EFG, lấy một ñoạn cung trượt dài dl , trên dl , tổng cường ñộ ñất móng gây ra mô men chống trượt dM2 (hình 5-16). N®s.232 nhieu.dcct@gmail.com Hình 5-15. Sự thay ñổi cường ñộ không thoát nước S của ñất yếu theo ñộ sâu Z. Hình 5-16. Mô men chống trượt trong ñất móng M2 dM2 = R.S. dl = R2. S. dθ Chiều sâu h của dl tính như sau: h = R. cosθ - y Vì vậy: S = So + λ (Rcosθ-y) dM2 = R2 [So + λ(Rcosθ-y)] dθ Do ñó, trên ñoạn cung trượt EFG trong ñất móng, mômen chống trượt M2 tính như sau: θ1 θ1 0 0 M 2 = 2 ∫ dM 2 = 2 ∫ R 2 [ S o + λ ( R cosθ − y )]dθ N®s.233 nhieu.dcct@gmail.com M 2 = 2R 2 ∫ arccos x R 0 [ S o + λ ( R cos θ − y )]dθ   x M 2 = 2 R 2 (S o − λ y ) arccos  + λ x  R   Tổng mô men của các lực chống trượt là:   x =R ( Ntgϕ + Cl ) + 2 R 2 (S o − λ y ) arccos   + λ x  R   Khi tính hệ số ổn ñịnh, ngoài công thức tính toán thông thường như công thức (5-12), cần căn cứ vào những tình huống và những tham số thiết kế khác nhau ñể chọn công thức phù hợp. 1) Khi tính toán, cần xét qui luật gia tăng cường ñộ của ñất móng khi có cố kết và sự biến ñổi của nó theo chiều sâu. Có thể có các trường hợp sau: - Trường hợp 1: Khi ñất mềm lắng ñọng tương ñối sâu, cường ñộ biến ñổi theo chiều sâu có qui luật rõ ràng, hệ số ổn ñịnh K tính như sau: ∑M on K= ∑ (S o + λ h )L + ∑ u N II tgϕ cu ∑ (T 1 + TII ) Trong ñó: TI, TII lần lượt là phân lực gây trượt của trọng lượng ñất móng và ñất ñắp (kN/m); L- chiều dài cung trượt (m); NII - phân lực pháp tuyến trên cung trượt của trọng lực ñất ñắp (kN/m); h- ñộ sâu ñất móng của phân miếng (m); S0 - cường ñộ ban ñầu của mặt lớp ñất móng (kPa); λ - tỷ lệ tăng của cường ñộ ñất móng thiên nhiên theo chiều sâu (kPa/m). (hình 5-15 ). - Trường hợp 2: khi sự lắng ñọng của ñất mềm có gián ñoạn, cường ñộ biến ñổi theo chiều sâu không có quy luật rõ ràng , công thức tính hệ số ổn ñịnh k như sau: K= ∑ S l + ∑ uN tgϕ ∑ (T + T ) u II 1 cu II Trong ñó: Su- cường ñộ bình quân của mỗi lớp ñất (kPa). Những ký hiệu khác ý nghĩa như trước. Nếu ñất móng có lớp ñất tương ñối dày, cường ñộ biến ñổi theo chiều sâu có qui luật rõ ràng thì có thể sử dụng cả hai phương pháp trên ñể tính toán. 2) Khi ñáy nền ñắp ñược rải một lớp vải ñịa kỹ thuật, do tấm vải chịu lực kéo làm tăng mômen ổn ñịnh, có thể căn cứ vào tình hình biến dạng của nó mà tính theo hai mô hình sau: N®s.234 nhieu.dcct@gmail.com Mô hình 1: giả sử tại vị trí mặt trượt cắt qua tấm vải, phương lực kéo của tấm vải tiếp tuyến với mặt trượt, ta có công thức tính hệ số ổn ñịnh như sau: K= Hoặc: ∑ (S o + λ h )l + ∑ u N II tgϕ cu + P ∑ (T + T ) ∑ S l + ∑ uN tgϕ + P K= ∑ (T + T ) u I I II II cu II Trong công thức trên: P là lực kéo tấm vải ñịa kỹ thuật (kN/m) Hình 5-17. Mô hình biến dạng của tấm vải ñịa kỹ thuật Mô hình hai: giả sử lực kéo tấm vải ñịa kỹ thuật có hướng như ở hình 5-17 (b), hệ số ổn ñịnh ñược tính theo công thức sau: ∑ (S o + λ h)l + ∑ uN II tgϕ cu + P(a + btgϕ ) / R K= ∑ (TI + TII ) Hoặc: K= ∑S u l + ∑ u N II tgϕ cu + P (a + btgϕ ) / R ∑ (T I + TII ) Ngoài việc kiểm toán ổn ñịnh khi cung trượt xuyên qua tấm vải ñịa kỹ thuật, vẫn phải tiến hành tính toán ngoài phạm vi trải tấm vải này, nghĩa là kiểm toán khả năng toàn bộ nền ñắp bị trượt. Trường hợp xây dựng nền ñắp cao trên ñất yếu, khi chưa ñắp ñến cao ñộ thiết kế, ñất móng ñã phát sinh vấn ñề, vì vậy,việc kiểm toán ổn ñịnh không chỉ tiến hành ở chiều cao thiết kế mà còn phải kiểm toán trong cả quá trình xây dựng. Khi ñất móng là những lớp ñất yếu dày, do di ñộng nghiêng của ñất móng làm nền ñắp chịu kéo, khi tính toán ổn ñịnh, có thể bỏ qua lực cản chống cắt bên trong nền ñắp, nhưng phải tiến hành tính toán chiều sâu vết nứt thẳng ñứng trong nền ñường. N®s.235 nhieu.dcct@gmail.com 5.5. Tính độ lún của nền đường trên đất yếu Khác với việc tính lún đối với nền đường bình thường, do tính chất của đất yếu bão hoà, khi tính lún của nền đường trên đất yếu không xét đến ảnh hưởng của tải trọng động. Mặc khác, độ lún của nền đường trên đất yếu thường lớn và thời gian lún kéo dài. Độ lún này gồm độ lún của bản thân nền đắp và độ lún của đất móng nền đường. Khi thi công, đất đắp được đầm chặt nên khi tính toán không xét tới độ lún của bản thân nền đường. Vì vậy ta có thể hiểu rằng việc tính lún ở đây là độ lún của nền đất yếu dưới nền đắp. Độ lún của nền đất yếu gồm độ lún tức thời Sd và độ lún do cố kết Sc. Nếu gọi S là tổng độ lún, ta có: S = Sd + Sc. 5.5.1. Tính độ lún tức thời Sd Tính lún tức thời Sd với giả thiết biến dạng lún khi thể tích không đổi. Có nhiều phương pháp tính Sd , theo tài liệu của Trung Quốc, độ lún Sd được tính theo công thức sau: Sd = F. q.B ; (cm) E (5 -13) Trong đó: F - hệ số lún, có thể tra ở hình (5-18): a 2 q- ứng suất thẳng đứng ở đáy nền đắp tại tim đường. E- mô đun đàn hồi của đất móng. B - chiều rộng tải trọng tính đổi; B  b  Hình 5.18. Hệ số lún F. Khi nền đất yếu gồm nhiều lớp thì thay E trong công thức (5-13) bằng mô đun đàn hồi trung bình Etb tính theo công thức: N®s.236 nhieu.dcct@gmail.com E tb  E h i i h Trong đó: Ei và hi - mô đun đàn hồi và chiều dày của lớp đất thứ i. h = hi - chiều dày nền đất yếu 5.5.2. Tính độ lún do cố kết ép gọn Sc Độ lún do cố kết Sc được tính theo phương pháp phân tầng cộng lún. Để tính toán, ta chia đất móng thành nhiều lớp. Chiều dày mỗi lớp không lớn hơn 0,4 lần chiều rộng đáy nền đắp. Khi nền đất yếu rất dày thì chỉ tính lún trong phạm vi tầng chịu nén Hc. Theo qui định của Liên Xô, chiều dày tầng chịu nén Hc được tính từ mặt đất móng đến vị trí có ứng suất phụ z do tải trọng ngoài gây ra thoả mãn điều kiện z = 0,2  m . Trong đó:  m - ứng suất do tải trọng bản thân của đất móng. Tuy nhiên, theo tài liệu của Trung Quốc, chiều dày tầng chịu nén lại được tính đến vị trí có z = 0,1  m . Khi phía dưới tầng chịu nén có tầng cát hoặc tầng nham thạch ổn định thì độ lún được tính đến tận đỉnh của các tầng này. 1. Tính độ lún Sc theo hệ số độ rỗng Sc =  1   2 hi ; 1 1 (5-14) Trong đó:  1 - hệ số rỗng ban đầu trước khi đắp của lớp đất thứ i.  2 - hệ số rỗng cuối cùng của lớp đất i sau khi đã hoàn thành cố kết dưới tác dụng của tải trọng ngoài. hi - chiều dày lớp đất thứ i. 2. Tính độ lún cố kết Sc theo chỉ số nén lún Cc Phương pháp này được dùng khi đất có tính nén lún lớn. Căn cứ vào thí nghiệm nén không nở hông, vẽ đường cong e  lg  (hình 519). Từ đó có thể xác định được trị số áp lực trước cố kết p, chỉ số nén Cc và hệ số nở Cs dùng để tính lún. Trị số áp lực trước cố kết p tương ứng với điểm đổi dốc của đường cong e  lg  . Chỉ số nén lún Cc là độ dốc của đoạn thẳng MN trên đường cong e  lg  l khi > p. Ta có : C c  MN .  lg  Chỉ số nở Cs là độ dốc của đoạn thẳng DL N®s.237 nhieu.dcct@gmail.com CS  l  lg  DL Nếu gọi  voi là ứng suất có hiệu thẳng đứng của lớp đất thứ i, tính đến giữa lớp tính toán. Khi pi > voi ta có đất quá cố kết , nghĩa là áp lực trước cố kết của lớp thứ i cao hơn áp lực có hiệu thực tế. Khi  pi   voi ta có đất cố kết tiêu chuẩn. Nếu pi < voi - đất thiếu cố kết. Với đất quá cố kết và cố kết tiêu chuẩn, độ lún do cố kết ép gọn tính theo công thức sau: n Sc   1    qi Cci hi lg voi ; 1   oi  pi (5-15) Với đất thiếu cố kết, ta có: Sc   hi 1   oi      qi  C si lg pi  C ci lg voi   voi  pi   ;   (5-16) Trong đó: hi, Cci, Csi là chiều cao, chỉ số nén lún, chỉ số nở của lớp đất thứ i xác định trên toạ độ nửa logarit.  oi - độ rỗng ban đầu của lớp đất thứ i. voi - ứng suất có hiệu thẳng đứng của lớp đất thứ i. pi - áp lực trước cố kết của lớp đất i. qi - ứng suất thẳng đứng trong lớp đất i do tải trọng nền đắp gây ra. qi = Ii . đ . H ; (kPa). Trong đó: đ và H là dung trọng và chiều cao đất đắp. a b I i  f  ;   tra đồ thị Osterberg hoặc tra bảng. z z Chỉ số nén lún Cci được tính theo công thức: C ci  Trong đó: N®s.238 nhieu.dcct@gmail.com  1i   2i    2i   1i lg q 2i  lg q1i  q   lg1  q 1i    1i và  2i - hệ số rỗng của đất ở lớp i trước và sau khi đắp nền sau: đường, tương ứng với áp lực trước khi đắp q1i = voi và áp lực sau khi đắp q2i = voi+ q. Khi lập nhiệm vụ thiết kế, có thể tính chỉ số nén lún Cc một cách gần đúng như Cc = 0,009 (WL - 10) Trong đó: WL - giới hạn chảy. Đường cong e  lg  xác định bằng thí nghiệm nén không nở hông. ở Trung Quốc, căn cứ vào số liệu đo lún ngoài thực tế, đối với đất có cố kết bình thường, độ lún cuối cùng S được tính theo công thức kinh nghiệm sau: Hình 5-19. S  = m S c. Trong đó: m - hệ số kinh nghiệm lấy từ 1,1 đến 1,4. Với loại đất qúa cố kết, trị số m  2. Hệ số m phụ thuộc vào đặc tính biến dạng của đất, tỉ lệ giữa tải trọng ngoài và áp lực cố kết tự nhiên, hình dạng của tải trọng, tỉ lệ giữa chiều rộng tác dụng của tải trọng và chiều dày nền đất yếu, tốc độ gia tải v.v… Công thức trên là một công thức kinh nghiệm giúp cho việc tính lún được thuận tiện và đơn giản, bởi lẽ khó có thể đo đạc một cách chính xác mô đun đàn hồi E để tính độ lún do biến dạng đàn hồi không nở hông Sd. N®s.239 nhieu.dcct@gmail.com Tuy nhiên, khi tính lún của tầng đất yếu, do độ lún tức thời Sd thường xảy ra rất nhanh và có thể hoàn thành khi thi công xong nền đường, vả lại, trị số của nó lại rất nhỏ so với độ lún do cố kết ép gọn Sc, vì vậy người ta thường bỏ qua không xét đến giá trị của nó. Khi đó, độ lún cuối cùng của nền đường S = Sc. Độ lún tại thời điểm t là: St = u t  S c Trong đó: u t - độ cố kết bình quân của tầng đất yếu tại thời điểm t. Do đó, có thể tính độ lún lúc thi công xong Stc và độ lún còn lại trong thời kỳ khai thác S. S = S - Stc Ví dụ 5-2: Tính độ lún của nền đường có chiều cao thiết kế 8m, đắp trên nền đất yếu dày 12m gồm 3lớp, các đặc trưng của nền đường và đất móng như hình (520). Mực nước ngầm nằm ở mặt đất. Hình 5-20. Số liệu tính toán trong ví dụ 5-2. Dùng phương pháp phân tầng cộng lún để tính lún do cố kết. ứng suất có hiệu ' thẳng đứng  voi tính đến điểm giữa các lớp: h 3 Lớp 1:  vo' 1  1  1   n   17  10   10,5 KPa   'p1  55 KPa 2 2 Do đó lớp 1 là đất quá cố kết. Lớp 2: h 4  vo' 2  h1  1   n   2  2   n   317  10   15  10   31KPa  60 2 2  Lớp 2 là lớp đất quá cố kết. h  Lớp 3:  vo' 3  h1  1   n   h2  2   n   3  3   n  2 5 = 317  10   415  10   16  10   56 KPa   'p 3  62 2 N®s.240 nhieu.dcct@gmail.com  Lớp 3 cũng là đất quá cố kết  tính lún theo công thức (5-15) Độ lún tính theo công thức: C ci  '  q  hi lg voi ' i  pi i 1 1   oi 3 S  qi - ứng suất thẳng đứng ở tim đường tại điểm giữa lớp đất thứ i do tải trọng nền đắp gây ra: qi = Ii đ H Trong đó: a b I i  f  ;  với a = 12m và b = 3,2m z z Điểm giữa của từng lớp đất yếu ở độ sâu Z1=1,5m; Z2=5m và Z3=7,5m. Tra đồ thị Osterberg (hình 5-21) được hệ số I bằng tổng của phần phải và phần trái của nền đường. Z (m) a Z b Z 0,5I I 1,5 12 8 1,5 3,2  2,13 1,5 0,49 0,98 5 12  2,4 5 3,2  0,64 5 0,449 0,90 7,5 12  1,6 7,5 3,2  0,42 7,5 0,42 0,84 Lập bảng tính độ lún của nền đường với chiều cao đắp H=8m. qi = Ii đ . H = Ii . 19 . 8 = 152 Ii N®s.241 nhieu.dcct@gmail.com hi (m) Hình 5-21. Đồ thị Osterberg C ci 1   oi qi=152Ii '  voi  q i  ' pi (1) (2) (3) (4) 3 1,05  0,389 152x0,98=1 1  1,7 N®s.242 nhieu.dcct@gmail.com 48,96 Si  C ci  '  q  hi  lg voi ' i 1   oi  pi (5) 10,5  148,96  2,899 0,389 x 3 55 x 2,899=0,539 lg (1) (2) (3) (4) 4 2,0  0,80 1  1,5 152x0,9=13 6,8 31  136,8  2,797 60 0,80x4x lg 2,797=1,429 56  127,68  2,96 62 0,348x5x lg 2,96 = 0,82 5 0,8  0,348 152x0,84=1 1  1,3 27,68 (5) Độ lún của nền đường: S = 2,788m 5.6. các biện pháp gia cố nền đất yếu Khi tải trọng nền đắp vượt quá sức chịu tải của nền đất yếu hoặc khi thời gian lún quá dài thì phải tìm cách gia cố nền đất yếu. Có khá nhiều biện pháp gia cố, nhưng tốt nhất là nên cho tuyến đi tránh vùng đất yếu, hoặc cho tuyến đi qua vị trí có tầng đất yếu mỏng hơn, hoặc nếu có thể thì giảm chiều cao nền đắp. Căn cứ vào tính chất các biện pháp gia cố, có thể chia thành các loại sau: - Thay toàn bộ hay một phần lớp đất yếu bằng những vật liệu có khả năng chịu tải tốt hơn. Các biện pháp này gồm: vét bùn, thả đá hộc, dùng mìn vét bùn… - Các biện pháp làm tăng tốc độ cố kết, nâng cao cường độ của đất yếu. Ví dụ: dùng lớp đệm cát, giếng cát, cọc giấy, băng nhựa thoát nước v.v… - Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền đất yếu gồm: bè gỗ, hộ đạo phản áp… - Các biện pháp làm tăng độ chặt của nền đất yếu : cọc đất, cọc vôi, phương pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh v.v… - Các phương pháp ngăn chặn không cho đất mềm ở giữa đùn ra hai bên: phương pháp đóng cọc gỗ, cọc ván gỗ, cọc ván thép… - Các phương pháp thi công xử lý nền : phương pháp hạ thấp mực nước ngầm, phương pháp khống chế tốc độ thi công; - Các phương pháp tổng hợp : dùng hộ đạo kết hợp giếng cát, dùng hộ đạo kết hợp đệm cát, dùng bè gỗ kết hợp đệm cát, v.v.. - Các phương pháp gia cố nền đất yếu bằng hoá lý : phương pháp gia cố đất xi măng, phương pháp phụt vữa xi măng, phương pháp đệm silicat v.v… Khi thiết kế, cần phải căn cứ vào tính chất, chiều dày lớp đất yếu, chiều cao nền đường, thời hạn thi công, điều kiện và giá thành xây dựng để lựa chọn biện pháp gia cố thích hợp. Sau đây xin giới thiệu một số phương pháp xử lý nền đất yếu thường dùng. 5.6.1. Phương pháp vét bùn Đây là một phương pháp có hiệu qủa tốt, nó cải thiện được cơ bản tính chất của đất móng, tuy nhiên, nó là một công việc rất nặng nhọc nên thường chỉ được áp dụng trong một phạm vi tương đối hẹp, tầng bùn mỏng, dưới đáy có tầng đất cứng và khi điều kiện thoát nước thuận lợi. N®s.243 nhieu.dcct@gmail.com Có thể thay một phần hay toàn bộ chiều dày lớn bùn bằng loại đất ổn định trong nước và có cường độ cao hơn, như đất sét hoặc các loại đất thoát nước tốt như cát, đá dăm, cuội sỏi. Theo địa chất công trình, bùn được chia làm 3 loại: Bùn loại 1: Khi đào hố có vách thẳng đứng sâu 2m, sau 5 ngày đêm vẫn không biến dạng, sức chịu tải khoảng 1 daN/cm2. Bùn loại 2: cũng đào hố như vậy,nhưng hố bị biến dạng sau 5 ngày đêm, sức chịu tải khoảng 0,5~0,8 daN/cm2. Bùn loại 3 là bùn ở trạng thái lỏng, sức chịu tải  0,3 daN/cm2. Đất dùng để đắp nền đường trên bùn loại 1 không được dùng loại đất đen, cát bột, đất hoàng thổ, đất sét chứa lượng thạch cao quá 5% hoặc đất muối. Khi chiều cao nền đường đắp trên bùn loại 1 nhỏ hơn 3m, có thể vét một phần bùn ở đáy nền đường, bố trí rãnh thoát nước ở hai bên, cách chân taluy ít nhất là 2m, chiều rộng đáy rãnh b  0,9m và chiều sâu rãnh h  0,8m. Độ lún S sơ bộ lấy bằng 25% chiều dày lớp bùn còn lại. Quan hệ giữa chiều cao H của nền đường và chiều sâu vét bùn h có thể tham khảo như sau: Khi H = 1,2  1,5m  h = 2,6m H = 1,5 2,0m  h = 1,5m H = 2,0  2,5m  h = 1,0m. Khi chiều cao nền đắp H  3m thì không cần vét bùn. Ta luy nền đường phải lớn hơn 1: 1,5 - Nền đường đắp trên bùn loại 2: Khi chiều dày tầng bùn nhỏ hơn 3m, phải thay toàn bộ lớp bùn bằng loại đất thấm như cát, đá dăm, cuội sỏi (hình 5-22). Hình 5-22. Khi lớp bùn dày hơn 3m thì phần nền đường chìm trong bùn không được nhỏ hơn 3m. - Nền đường đắp trên bùn loại 3: trong bất cứ trường hợp nào cũng phải đảm bảo nền đường chìm xuống tận đáy lớp bùn. Khi thi công phải đắp bờ để tát nước, bờ bằng đất đắp trực tiếp lên mặt đất yếu ở phía ngoài chân ta luy để sau này có thể đắp thêm làm hộ đạo phản áp, phần nền đường chìm trong bùn không được nhỏ hơn 3m. 5.6.2. Phương pháp gia cố bằng bè gỗ N®s.244 nhieu.dcct@gmail.com Khi không thể đào bỏ mặt lớp đất yếu vì khối lượng vét bùn lớn, có thể trải một lớp vải địa kỹ thuật (géo textile) lên mặt lớp đất yếu, hoặc có thể rải đều một lớp sú vẹt, cũng có thể bó các cành cây có đường kính từ 25 cm thành bè mỏng (bè mềm), hoặc có thể dùng cây có đường kính lớn buộc thành bè cứng trải trên mặt lớp đất yếu trước khi đắp nền để không cho cát chìm sâu vào tầng bùn. Tấm vải địa kỹ thuật hoặc lớp cành cây còn có tác dụng chịu một phần lực cắt do tải trọng ngoài gây ra, phân bố đều áp lực lên lớp đất yếu và ngăn không cho nước cuốn trôi đất đắp. Phương pháp gia cố bằng bè gỗ đã được dùng từ lâu đời để xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường hoặc đê đập. Dùng bè gỗ còn có tác dụng mở rộng nền móng và mở rộng phạm vị cung trượt nguy hiểm nhất ,do đó có thể nâng cao độ ổn định cho nền đường. Nội dung chủ yếu của phương pháp gia cố này là xác định chiều dày và chiều rộng của bè gỗ, trị số độ dốc ta luy 1: m. Có thể xác định chiều rộng bè gỗ thông qua kiểm toán ổn định bằng phương pháp cung trượt tròn, khi cho cung trượt đi qua mép ngoài của bè gỗ. Chiều dày của bè gỗ phải đủ lớn để mặt trượt không cắt qua bè gỗ. Phương pháp này chỉ áp dụng khi xây dựng nền đường qua vùng bùn lầy có mực nước khá cao, bè gỗ thường xuyên bị ngâm chìm trong nước để gỗ không bị mục. Hình 5-23. 5.6.3. Phương pháp thả đá hộc Phương pháp này không cần phải hút nước trong quá trình thi công, nó được dùng khi đất yếu là bùn loại 3 nằm sâu dưới nước, việc thi công thay đất khó khăn, chiều dày lớp bùn từ 34m. Kích thước đá hộc được xác định căn cứ vào độ đặc của bùn, thường dùng loại đá có đường kính D0,3m. Khi thi công, nên bắt đầu thả từ tim đường ra 2 bên để ép bùn ra phía ngoài. Khi đá đã cao bằng mặt nước, dùng đầm lu cỡ lớn, lu nhiều lần để đá chìm sâu vào bùn, sau đó rải tầng lọc ngược rồi mới đắp nền đường. Hình 5.24. Phương pháp thả đá hộc N®s.245 nhieu.dcct@gmail.com Nội dung tính toán tầng lọc ngược là xác định kích thước hạt vật liệu và chiều dày tầng lọc ngược. Đường kính cỡ hạt D1 (D50) của tầng lọc ngược, hoặc lớp trên của kết cấu tầng lọc dạng có nhiều lớp, được xác định theo biểu thức: D1 = 1,5 tm Với tm là chiều rộng khe hở giữa các tấm của kết cấu chịu lực phía trên tầng lọc: tm = 1  2 cm. Độ thô của các hạt vật liệu của lớp dưới kết cấu tầng lọc được tính theo công thức: D2  10 dd Trong đó: D2 - đường kính trung bình của vật liệu lớp dưới của tầng lọc; dđ- đường kính trung bình của hạt đất. Vật liệu làm tầng lọc phải đảm bảo hệ số không đồng đều hạt n theo qui định sau: D n  60  5  12. - Với tầng lọc có một lớp: D10 Khi tầng lọc có 2 lớp: D n1  60  2  3 - Lớp trên: D10 D n 2  60  10  20 - Lớp dưới: D10 Chiều dày tầng lọc tối thiểu là 30 cm khi đắp trong nước, 20cm khi đắp khô. Tầng lọc có 2 lớp phải dày từ 30 50cm. Phương pháp thả đá hộc có ưu điểm là thi công đơn giản. Tuy nhiên, phương pháp này khó đảm bảo ổn định nền đường vì không thể xác định chính xác độ lún của đá hộc, có khi tốn rất nhiều đá, vì khi chìm xuống đáy, đá có thể bị trượt theo mặt dốc của tầng đất cứng, do đó phải thận trọng khi dùng phương pháp này. 5.6.4. Phương pháp đóng cọc gia cố chân taluy Phương pháp này thường được dùng để gia cố nền đường đang khai thác. Dùng các cọc gỗ, cọc bê tông cốt thép đóng ở chân ta luy, xuyên qua tầng bùn, sâu vào lớp đất cứng để ngăn không có đất yếu trồi ra hai bên chân taluy. Phương pháp này dùng khi tầng đất mềm có chiều dày tương đối nhỏ, phía đáy có tầng đất tương đối cứng thì hiệu qủa tốt. Đặc biệt, khi tầng đất cứng ở đáy có độ dốc ngang thì càng thích hợp. 5.6.5. Thi công nền đắp theo giai đoạn Khi xây dựng nền đường trên đất yếu, để đảm bảo nền đường ổn định thì phải tìm biện pháp xử lý, trong đó, biện pháp đơn giản nhất là đắp nền đường theo nhiều giai đoạn, sau mỗi giai đoạn, phải chờ cho đất móng đạt được độ cố kết nhất định, N®s.246 nhieu.dcct@gmail.com cường độ chống cắt tăng để có thể chịu được tải trọng lớn hơn mới đắp tiếp giai đoạn sau. Trước hết, ta cần kiểm tra xem có thể áp dụng biện pháp này mà không cần dùng thêm biện pháp xử lý nào nữa không. Chiều cao giới hạn của nền đường được tính theo công thức: Hc  C uo  F 1   u.tg cu   Nc 2   d  Trong đó: Cuo - lực dính đơn vị ban đầu của đất móng, được xác định bằng thí nghiệm cắt không cố kết, không thoát nước. đ - dung trọng đất đắp. F - hệ số an toàn, lấy F = 1,5 B , tra h hình 5-8 với B là chiều rộng trung bình của nền đường, h là chiều dày tầng đất yếu. Nc- hệ số phụ thuộc tỷ số Hình 5-25. Xây dựng đắp theo giai đoạn. nền Nếu Hc > H thì nền đường có thể xây dựng theo nhiều giai đoạn, không cần thêm biện pháp gia cố nào nữa . Nếu Hc < H thì phải dùng hộ đạo phản áp hoặc kết hợp cả hộ đạo với việc bố trí hệ thống giếng cát mới có thể thi công nền đường theo giai đoạn. Nội dung chủ yếu của việc tính toán thi công nền đường theo giai đoạn là xác định chiều cao nền đắp của từng giai đoạn và thời gian gián cách giữa các giai đoạn. Chiều cao nền đắp ở giai đoạn 1 đảm bảo nền đường không bị ép trồi, được xác định theo công thức của Mandel-Salenon là: Nc H1   C uo d F Sau khi đắp đến chiều cao H1, chờ cho đất móng đạt độ cố kết yêu cầu u % sẽ đắp tiếp giai đoạn 2. Khi đó, lượng gia tăng trung bình của cường độ chống cắt của đất móng Cu lấy gần đúng là: 1 Cu = u ztgcu. 2 Trong đó: z - ứng suất cố kết có hiệu thẳng đứng trong đất móng ở độ sâu Z. N®s.247 nhieu.dcct@gmail.com Do đó: z = đ . H1 . cu- góc ma sát trong, xác định bằng thí nghiệm cắt nhanh thoát nước. 1  u   d  H 1  tg cu 2 Chiều cao đắp ở giai đoạn 2 được tính khi cường độ đất móng là Cuo+Cu: Nc Cuo  Cu   N c  Cuo  1 u   d  H 1tg cu  H2  d F d F  2  Tương tự như vậy, ta có thể tính chiều cao đất đắp ở giai đoạn n: N  1  H n  c  C uo   d H n 1 u  tg cu  dF  2  Cu = Thời gian gián cách giữa các giai đoạn được xác định căn cứ vào độ cố kết u cần đạt tới cường độ đảm bảo có thể xây dựng giai đoạn tiếp theo mà không bị mất ổn định. 5.6.6. Hộ đạo phản áp Hộ đạo phản áp là một phương pháp cân bằng lực học , dùng tải trọng của hộ đạo tạo nên mô men chống trượt. Nó được dùng thích hợp với nền đắp cao khoảng 8 - 9m và không vượt quá 2 lần chiều cao giới hạn. Thiết kế hộ đạo phản áp chủ yếu là xác định chiều rộng và chiều cao hợp lý của hộ đạo , đủ để đảm bảo ổn định của nền đường và ổn định của cả bản thân hộ đạo. Hình 5-26. Hộ đạo phản áp. Hiện nay có nhiều phương pháp tính kích thước của hộ đạo theo các giả thiết khác nhau: có tác giả dựa vào kết quả của phương pháp hạn chế khu vực dẻo, có tác giả thông qua kiểm toán ổn định bằng phương pháp cung trượt tròn, cũng có tác giả căn cứ vào lý luận cân bằng giới hạn để xác định mặt trượt và suy ra trạng thái giới hạn của đất móng. Trong các phương pháp trên thì phương pháp cuối cùng là chặt chẽ nhất, tuy nhiên việc tính toán như vậy lại phức tạp nên ít được dùng. Để đảm bảo ổn định của bản thân hộ đạo, chiều cao h của nó không được vượt quá chiều cao giới hạn của nền đường. Theo kinh nghiệm thiết kế của Trung Quốc; 1 1 chiều cao hộ đạo bằng khoảng đến chiều cao nền đắp là thích hợp. Bề rộng hộ 3 2 đạo được xác định thông qua kiểm toán ổn định bằng phương pháp cung trượt tròn. Khi tầng đất mềm tương đối mỏng thì mặt trượt nguy hiểm nhất không phải là mặt N®s.248 nhieu.dcct@gmail.com trụ tròn nữa, khi đó kiểm toán ổn định theo mặt trượt cong phẳng tổ hợp. Người ta thường chọn bề rộng nền đường có hộ đạo lớn gấp hai lần chiều rộng khu vực dẻo. Tức là: B = 2b Hình dạng hộ đạo nên dùng dạng đơn cấp là đẹp nhất. Khi lớp đất mềm tương đối mỏng, mặt lớp đất cứng phía dưới nằm nghiêng thì nên dùng hộ đạo có bề rộng hai bên không bằng nhau, ở phía thấp có bề rộng lớn hơn. Khi phạm vi vùng đất mềm hẹp và sâu, có thể dùng hộ đạo dạng nhiều cấp. Nếu khu vực thi công có nhiều cát, có thể dùng cát đắp hộ đạo để tạo điều kiện cho nước trong đất móng thoát ra ngoài dễ dàng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất móng. Khi dưới tầng đất mềm không sâu có tầng cát thì ảnh hưởng này cần được xét tới để giảm bớt kích thước của hộ đạo. Khi thi công, nên đắp đồng thời cả nền đường và hộ đạo, không đắp nền đường trước, đắp hộ đạo sau để tránh hiện tượng ép trồi khi thi công. 5.6.7. Tầng đệm cát Lớp đệm cát tạo ra một mặt thoát nước ở đáy nền đắp, làm tăng nhanh quá trình cố kết thoát nước của đất móng, do đó nâng cao khả năng chịu tải của đất móng và có thể rút ngắn thời gian thi công so với khi không dùng đệm cát. Đệm cát và thay lớp vỏ cứng bằng cát thường được sử dụng nơi có tầng đất yếu không dày, hoặc ở nơi có lớp bùn tương đối dày nhưng ở dưới lại có một lớp cát tạo thành hai mặt thoát nước, chiều cao nền đường từ 6 ~ 9m (khoảng gấp 2 lần chiều cao giới hạn). Thi công lớp đệm cát đơn giản, chiếm diện tích ít hơn so với hộ đạo phản áp, không cần sử dụng các máy thi công đặc biệt, nhưng cần khống chế tốc độ thi công để đất móng có đủ thời gian cố kết thoát nước, do đó đòi hỏi thời gian thi công tương đối dài. Hàng ngày vừa đắp vừa theo dõi độ lún và chuyển vị ngang của cọc biên, theo kinh nghiệm thi công, nếu tốc độ lún  10mm/ngày, tốc độ chuyển vị ngang của cọc biên  2 3 mm/ngày thì có thể tiếp tục đắp, nền đường vẫn ổn định. Nội dung thiết kế đệm cát gồm: Chọn mặt cắt ngang của nền đường dùng đệm cát, kiểm toán ổn định chống ép trồi và ổn định chống trượt của nền đường, tính độ lún cuối cùng S, độ lún lúc thi công xong Stc, độ cao phòng lún và độ mở rộng mặt nền đường do lún. 1. Kết cấu nền đường 27). Có thể rải lớp đệm cát trực tiếp lên trên lớp vỏ cứng của nền đất yếu (hình 5- N®s.249 nhieu.dcct@gmail.com Hình 5-27. Lớp đệm cát rải trực tiếp trên mặt đất yếu. Như vậy có thể tận dụng khả năng chịu tải của lớp vỏ cứng. Tuy nhiên, lớp này thường có hệ số thấm nhỏ hơn lớp đất yếu phía dưới nên nó hạn chế rất nhiều sự thoát nước qua lớp vỏ này, làm giảm hiệu qủa của lớp đệm cát. Trong trường hợp này, thường xác định chiều dày lớp đệm cát hc theo kinh nghiệm, có thể tham khảo ở bảng 5-3 dưới đây. Chiều dày lớp đệm cát rải trực tiếp trên đất móng Bảng 5-3 Độ lún của nền đường (m) 1,5 1,5 ~ 2,0 > 2,0 Chiều dày đệm cát hc (m) 0,8 1,0 1,20 Để khắc phục nhược điểm của loại kết cấu trên , có thể đào bỏ lớp vỏ cứng, sau đó rải lớp cát đệm. Trong trường hợp này, chiều dày lớp đệm cát phụ thuộc vào trị số ứng suất tác dụng trên mặt lớp đệm cát, có thể tham khảo trong bảng 5-4. Chiều dày lớp đệm cát khi đào bỏ lớp vỏ cứng Bảng 5-4 ứng suất trên mặt đệm cát (daN/cm2) < 1,0 1,0~1,5 1,5~2,0 2,0~3,0 Chiều dày đệm cát (m) 1~1,5 2~2,5 2,5~3,0 3,0~4,0 Kết cấu nền đường loại này có ưu, nhược điểm hoàn toàn ngược lại với loại trên. Khi mực nước ngầm tương đối cao, lớp vỏ cứng dày thì khối lượng đào đất và lượng cát lớn, việc thi công cũng rất khó khăn, vì vậy loại này ít được dùng. Vật liệu dùng làm lớp đệm tốt nhất là loại cát thô và cát hạt vừa, hàm lượng hữu cơ không quá 2~ 5%. Để tiết kiệm, có thể trộn 70% cát vàng với 30% cát đen, hoặc ba phần sỏi có cỡ hạt 20 ~ 30mm với hai phần cát vàng. 2. Tính độ cố kết theo phương thẳng đứng U V Khi gia cố nền đường bằng đệm cát, dưới tác dụng của tải trọng nền đắp, nước trong đất móng thoát ra ngoài theo phương thẳng đứng. Ta gọi độ cố kết theo phương N®s.250 nhieu.dcct@gmail.com thẳng đứng là U V . Mức độ ổn định và độ lún của nền đường ở thời điểm bất kỳ đều liên quan mật thiết đến độ cố kết U V của đất móng tại thời điểm đó. Căn cứ vào điều kiện thoát nước và dạng biểu đồ ứng suất phụ (tức biểu đồ ứng suất z trong đất móng do tải trọng nền đắp gây ra), người ta đưa ra 5 sơ đồ cố kết tiêu chuẩn (hình 5-28). Sơ đồ O: Lớp đất yếu chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều kín khắp trên mặt (khi chiều rộng đáy nền đắp lớn hơn nhiều so với chiều dày lớp đất yếu), ứng suất phụ z không thay đổi theo chiều sâu, độ cố kết thẳng đứng U V được tính theo công thức: U V 1 8  2 e  2 4 TV ; (5-17) Trong đó: e - cơ số logarit, e = 2,71828; Tv- nhân tố thời gian. t TV  CV  2 H Cv- hệ số cố kết theo phương thẳng đứng. t - thời gian cố kết. H- chiều dày tầng thoát nước. Khi có một mặt thoát nước: H bằng chiều dày tầng đất yếu. Khi có hai mặt thoát nước: H là một nửa chiều dày tầng đất yếu. Khi tầng đất yếu có nhiều lớp đất khác nhau, hệ số cố kết bình quân của tầng đất yếu là Cvtb tính theo công thức: C vtb  H2    hi  C vi      2 Trong đó: Chiều dày tầng đất yếu H = hi; Hệ số thấm trung bình của tầng đất yếu: kvtb: H k vtb  n h 1 k i vi Hình 5-29 là biểu thị quan hệ giữa U V và TV khi áp lực cố kết hình chữ nhật, có một hoặc hai mặt thoát nước. N®s.251 nhieu.dcct@gmail.com Hình 5-28. Các sơ đồ tính độ cố kết U V . N®s.252 nhieu.dcct@gmail.com Sơ đồ 1: Khi chỉ có một mặt thoát nước. áp lực cố kết phân bố như sơ đồ 1, đây là trường hợp cố kết của đất bão hoà nước dưới tác dụng của tải trọng bản thân, biểu đồ phân bố áp lực có dạng tam giác với trị số áp lực lớn nhất ở tại mặt lớp không thấm nước. Độ cố kết U V tính theo công thức sau: Hình 5-29. Quan hệ giữa U V và TV khi áp lực cố kết hình chữ nhật, có 1 hoặc 2 mặt thoát nước (sơ đồ O) U V1  1  Trong đó: N 2 4 Quan hệ của U V và TV có thể tra trên hình 5-30. 32   N 1 9 N  e  e ; 2  27    (5-18) TV - Sơ đồ O-2 là sơ đồ kết hợp giữa sơ đồ O và sơ đồ 2. Đối với nền đắp, biểu đồ ứng suất phụ có dạng hình thang, z ở đáy nền đường là z1 > z2 ở mặt tầng đất cứng, nếu chỉ có một mặt thoát nước là lớp đệm cát, độ cố kết thẳng đứng theo sơ đồ O-2 được tính theo công thức: U VO 2 Hình 5-30. Đồ thị quan hệ giữa U V và TV khi biểu đồ áp lực không phải là hình chữ nhật, chỉ có một mặt thoát nước. 2U Vo  1   U V 1 ; (5-19)  1 Nđs.253 nhieu.dcct@gmail.com Trong đó:   Z1  1 vì Z1 > Z2.  Z2 Z1- ứng suất phụ ở mặt trên của biểu đồ ứng suất nén tại độ sâu Z = O; Z2- ứng suất phụ ở mặt không thấm nước ở độ sâu Z = H. Để tính U V theo mẫu 0-2, đầu tiên phải tra U VO và U V 1 rồi thay vào công thức (5-19) tính U VO 2 . Cần chú ý rằng: Tính độ cố kết U V khi thoát nước hai chiều thì bất kỳ sơ đồ cố kết nào cũng có thể đưa về sơ đồ O để tiện tính toán mà không ảnh hưởng đến kết quả. Trong thực tế, người ta lập sẵn các bảng hoặc đồ thị (hình 5-29) và tra U V theo Tv ứng với các sơ đồ cố kết và tỉ số (5-30) để  Z1 . Có thể ấn định thời gian cố  Z2 kết t, tính U V hoặc ngược lại. Căn cứ vào kết quả tính toán, vẽ đường cong U t  f (t ) , đó là đường cong cố kết lý thuyết dựa trên cơ sở giả thiết tải trọng tăng lên tức thời. Trong thực tế thi công, tải trọng nền đắp tăng dần nên phải chỉnh lại đường cong cố kết lý thuyết cho phù hợp. Phương pháp chỉnh lại đường cong lý thuyết U t  f (t ) tương tự như ở phương pháp gia cố nền đường bằng giếng cát. Ví dụ 5-3: Móng công trình là đất sét bão hoà nước dày 4m. Tải trọng công trình phân bố đều khắp trên lớp cát đệm, ứng suất phụ không thay đổi theo chiều sâu (hình 5-31). Lấy mẫu đất dày 2cm làm thí nghiệm cố kết dưới áp lực như ở tại công trình, sau 20 phút hoàn thành cố kết 80%, dự tính lượng lún của công trình này là 30cm. Hình 5-31. Biết lượng lún sau khi thi công xong 1 năm là 18 cm, tính thời gian lún của công trình. Tính thời gian cố kết của đất móng để đạt được độ cố kết như của mẫu đất. Giải: 1- Ta có công thức U V  1  8  2 e N Tính hoặc dùng hình 5-29 tra được TV = 0,57 ứng với U V =80%. Căn cứ vào mẫu đất thí nghiệm, tính hệ số cố kết CV. Nđs.254 nhieu.dcct@gmail.com H2 12 CV   TV   0,57  4,75  10  4 cm 2 / S t 20 x60 Tính độ cố kết sau 1 năm: ta có H = 400cm; t = 1x 365 x 24x3600 (s); CV = 4,75 . 10-4cm2/S   CV  t Thay vào N   tìm được N = 0,231 4H 2 8 Độ cố kết sau 1 năm U t  1  2 e  N  35,7%  Lượng lún sau 1 năm: St = U t  S   0,357 x30  10,71cm 18  60% 30 Từ công thức (5-17), ta có thời gian lún t: Khi lún 18 cm thì U    2 x 4,75 x10 4  0,6  1  2  exp  x t  4 x 400 2   Ta tìm được t = 95.563.140 s = 1106,05 ngày = 3 năm 11,05 ngày 2- Do tính chất của mẫu đất và của đất móng giống nhau, từ công thức C 8 U  1  2 e  N nên ta có: khi U 1  U 2 ; TV1 = TV2 trong đó TV  V2 t mà CV1 =CV2  H t t do đó 1 2  2 2 . H1 H2 8 Với chiều dày thoát nước của mẫu đất H1 = 1,0cm, độ cố kết U 1  80% cần t1 = 20'. Chiều dày tầng đất yếu H2 = 400cm, U 2  80% , thời gian cố kết là t2, ta có: t 20 t 2  1 2 H 22  2  400 2  3,2  10 6 phút H1 1 = 6 năm 32,2 ngày 3. Kiểm toán ổn định trong quá trình thi công và lúc thi công xong Nội dung kiểm toán ổn định nền đường gia cố bằng đệm cát gồm kiểm toán ổn định chống ép trồi và kiểm toán ổn định chống trượt cục bộ. Các phương pháp đã được trình bày trong mục 5-4. Khi kiểm toán ổn định chống trượt, cần lưu ý xét đến mức độ gia tăng cường độ của đất móng khi cố kết do tải trọng nền đắp gây ra. 4. Độ lún cuối cùng S và độ lún theo thời gian St Dùng phương pháp phân tầng cộng lún, có thể tính độ lún theo hệ số rỗng e hoặc tính theo chỉ số nén lún Cc như đã trình bày ở mục 5-5. Nđs.255 nhieu.dcct@gmail.com Căn cứ vào thời hạn thi công, ta tính được độ lún lúc thi công xong S ut . SC. Stc =ut . Trong đó: ut = U V - Độ cố kết thực tế của đất móng tại thời điểm thi công xong; SC- độ lún do cố kết ép gọn; Độ lún còn lại trong thời kỳ khai thác: S = S - Stc 5. Tính độ mở rộng mặt nền đường và khối lượng đất tăng thêm do lún Nền đắp trên đất yếu thường bị lún, vì vậy, khối lượng đất đắp tăng thêm một lượng V 2 L 2 V = 2. .S   SL ; (5-20) 3 2 3 Trong đó: S - độ lún của móng trong thời gian thi công; L- chiều rộng đáy nền đắp (Hình 5-32). Hình 5-32. Độ mở rộng mặt nền đường. Độ mở rộng mặt nền đường W được tính như sau: W = m (S - S) (5-21) Trong đó: m - độ dốc taluy. Các ký hiệu khác như cũ. Tốc độ lún của đất móng rất chậm. Vì vậy không cần phải dự tính trước độ mở rộng W theo độ lún cuối cùng, thông thường, người ta dùng hệ số triết giảm 0,5 ~ 0,6, nghĩa là: độ mở rộng thực tế ở 1 bên nền đắp là: W' = (0,5 ~ 0,6) W (5-22) Khi thiết kế, phải dự tính trước độ mở rộng mặt đường W, nếu để sau khi thi công xong, hoặc trong thời gian chạy tàu mới cạp đường sẽ khó khăn. Khi tính toán độ mở rộng mặt đường W có thể tham khảo trong bảng sau: Độ mở rộng mặt nền đường W Nđs.256 nhieu.dcct@gmail.com Bảng 5-5 Chiều cao nền đắp < 3m > 3m Độ lún dự tính S (m) Độ mở rộng W (m) [...]... ñào mà thành, loại nền này gọi là nền ñào (hình 1-1b) 3 Nền nửa ñắp Khi mặt ñất tự nhiên nghiêng theo hướng ngang, ñường biên mặt nền ñào và mặt ñất tự nhiên giao nhau, bộ phận trên tuyến giao nhau giữa nền ñắp ở mặt ñất và mặt nền ñường không có công trình xây ñắp loại nền này gọi là nền nửa ñắp (hình 11c) 4 Nền nửa ñào Khi nền ñường tự nhiên nghiêng theo hướng ngang, một bên của mặt nền ñường ñào không... sạch bằng phẳng, nền ñường không ñắp, không ñào các khối ñất thì loại nền ñường này gọi là nền ñường không ñào không ñắp (hình1f) 1.1.2.Cấu tạo cơ bản mặt cắt ngang nền ñường Nền ñường do hai bộ phận hợp thành là bản thân nền ñường và công trình nhân tạo nền ñường 1.1.2.1 Bản thân nền ñường Hình 1-1 Hình dạng mặt cắt ngang nền ñường Hình 1-2 Bản thân nền ñường Trong ñó: B – chiều rộng nền ñường; b –... thiết kế mặt cắt ngang nền ñường vuông góc với ñường tim của tuyến ñường 1.1 Các dạng và cấu tạo mặt cắt ngang nền ñường 1.1.1 Hình dạng mặt cắt ngang nền ñường 1 Nền ñắp Khi ñường ray hoặc mặt nền ñường cao hơn mặt ñất tự nhiên, nền ñường ñược xây ñắp mà thành, loại nền ñường này gọi là nền ñắp (hình 1-1a) 2 Nền ñào Khi ñường ray hoặc mặt nền ñường thấp hơn mặt ñất tự nhiên, nền ñường lấy phương thức... dụng Thiết kế mặt cắt ngang nền ñường tiêu chuẩn là căn cứ vào quy ñịnh tiêu chuẩn thiết kế của cấp ñường sắt như: cao ñộ taluy nền ñường, ñộ dốc công trình thoát nước mặt, xử lý ñáy nền ñắp, hố ñấu ở nền ñắp và vị trí của ñống ñất bỏ ñi ở nền ñào ñể lập thành bản vẽ mặt cắt ngang của thiết kế nền ñường tiêu chuẩn có thể dùng ñể xây mới nền ñường sắt mà ñiều kiện ñịa chất công trình và ñịa chất thuỷ văn... của mặt nền ñường là 2% ~ 4% (hình 1-7) Hình 1-6 Nối tiếp giữa nền ñường ñất không thấm nước và ñất thấm nước Hình 1-7 Mặt nền ñường dạng răng cưa của ñường trong ga 1.2.1.2 Chiều rộng mặt nền ñường sắt 1 Chiều rộng mặt nền ñường sắt Chiều rộng mặt nền ñường sắt ở khu gian cần căn cứ vào cấp ñường sắt, số ñường chính, khoảng cách tim ñường, loại ñường ray sử dụng trong tương lai; hình dạng mặt nền ñường,... xây dựng nền ñắp trên ñáy nền ñất mềm yếu, tất nhiên là phải xử lý thoả ñáng ñáy nền ñể tránh nguy hiểm cho ñoàn tầu vận hành ñược an toàn 1.1.2.2 Công trình nền ñường Công trình nền ñường là bộ phận tạo thành nền ñường, ñể bảo vệ ổn ñịnh vững chắc của nền ñường là công trình thoát nước và phòng hộ Công trình thoát nước của nền ñường phân thành hai loại là thiết bị thoát nước mặt và thiết bị thoát nước... ñường hoặc công trình móng trong công trình nền ñường có các biện pháp gia cố móng như phòng hộ ta luy tường chắn, xếp ụ ñá, cọc chống trượt và các biện pháp khác Thiết bị gia cố nền ñường là một biện pháp có hiệu quả ñể nâng cao ñộ ổn ñịnh của nền ñường 1.1.2.3 Mặt cắt ngang nền ñường sắt Trong công trình nền ñường sắt có các loại biện pháp phòng hộ và gia cố bản thân nền ñường, trong thiết kế có các yêu... dày, lớp ñệm nền, vật liệu ñắp và ñộ ñầm chặt, thoát nước tốt 4 Ta luy Hai bên sườn mặt cắt ngang nền ñường gọi là ta luy nền ñường Giao ñiểm của ta luy với mặt ñỉnh nền ñường gọi là ñỉnh vai Giao ñiểm của ta luy và mặt ñất ở nền ñắp gọi là chân ñắp, ở nền ñào gọi là ñỉnh ta luy nền ñào, sự chênh lệch giữa cao ñộ của nó và cao ñộ vai ñường là chiều cao ta luy nền ñường Chiều cao ta luy nền ñắp là sự... ñộ nền ñường sắt Chiều cao nền ñường là chỉ chiều cao xây ñắp nền ñắp và chiều sâu ñào nền ñào, là chênh lệch giữa cao ñộ thiết kế nền ñường và cao ñộ mặt ñất Do ñáy mặt ñất thiên nhiên nghiêng theo hướng ngang, nên trong phạm vi chiều sâu nền ñường, chiều cao của hai sườn khác nhau Cao ñộ nền ñường là chỉ sự chênh lệch giữa cao ñộ thiết kế tại tim ñường với cao ñộ mặt ñất ban ñầu Cao ñộ ñắp, ñào nền. .. ñộ chân ta luy 5 ðáy nền ðáy nền là móng của nền ñắp, cũng là bộ phận ñất ở dưới mặt ñất ñắp tự nhiên của nền ñắp, chịu tải trọng của ñất ñắp và kết cấu tầng trên, chịu ảnh hưởng của tải trọng ñộng ñoàn tầu Tính ổn ñịnh chắc chắn của ñất ở bộ phận ñáy nền ñối với bản thân nền ñường là mấu chốt quan trọng dẫn ñến tính ổn ñịnh của ñường ray, ñặc biệt là xây dựng nền ñắp trên ñáy nền ñất mềm yếu, tất ... Tác dụng ñường vị trí công trình xây dựng .2 ðặc ñiểm công trình ñường yêu cầu xây dựng 2.1 ðặc ñiểm công trình ñường 2.2 Nền ñường xây dựng ñiều kiện tự nhiên 2.3 Nền ñường tác dụng tải trọng... trình xây dựng, ñường chiếm vị trí quan trọng khối lượng thi công, diện tích chiếm dụng ñất vốn ñầu tư lớn Công trình ñường bao gồm: Công trình thân ñường, công trình thoát nước ñường, công trình. .. 99 100 101 102 Chương Cấu tạo ñường sắt cao tốc 2.1 ðặc ñiểm ñường sắt cao tốc 2.2 Mặt cắt ngang tiêu chuẩn ñường sắt cao tốc 2.2.1 Mặt cắt ngang ñắp ñường sắt cao tốc 2.2.2 Khoảng cách hai tim