Ebook cải tạo đất yếu trong xây dựng phần 1

P G S TS NGUYỄN NGỌC BÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TẠO ĐẤT YẾU TRON© XÂY DỰNG ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT B Ả N XÂY D ựN G HÀ NỘI - 1 LỜI NÓI ĐẦU H iện nay, t h ế giới đ a n g x u ấ t n h iều p h n g p h p cải tạo đ ấ t y ế u k h ú c n h a u n h ằ m n ă n g cao độ bền, g iả m tô n g độ lú n độ lú n lệch, rú t n g ắ n thời g ia n th i công, g iả m g iá th n h xăy d ự n g , đặc trư n g k h c liên q u a n tới việc xây d ự n g - k h a i thác từ n g d ự n cụ thề C uốn sách chia th n h ba p h ầ n riêng biệt: P h ầ n ỉ (từ chương đến chương 4) m ô tả tín h c h ấ t x ả y d ự n g đất, n h ữ n g ả n h hưởng nước đ ấ t đ ộ n g đ ấ t đ ến ổn đ ịn h củ a công trình P h ầ n ĨI (từ chương đến chương 9) giới th iệu p h n g p h p cải tạo đ ấ t yếu g iến g tiêu nước th ẳ n g đ ứ n g (giếng cát, cọc cát nén chặt, trụ đá, bấc thấm ); p h n g p h p cải tạo đ ấ t yếu b ằ n g trụ đ ấ t x ir n ă n g / vôi - p h n g p h p trộn sâu; hướìig d ấ n tín h toán - th iế t k ế th i công loại tường chắn củ n g n h sườìi dốc đ ấ t có cốt (kê tường ch ă n hẫng rọ đá) P h ầ n / / / (từ chưđược biểu clicn bẳn lị phần n ám : w W(%) = —2-xIOO ws (18) 5) Trọn tị ỉượtnị dơn VI cíííì lự nhiên, Y, tý sò qiữa tổiiíỊ trọn lị lưựiìiị với thể lích lìiiíu dâl: w Y = — V ổ) T rọ n ự hỉợn\ị (lo’n vị dã) kho, Y (1-9) lờ lý sò iỊÍữa irọinỊ lưựiiiỊ n ia cức hạt iíâi v i l ốiiíỊ liũ ' l í c h c t i a m ẫ u d ã l : ( 1 ) V )T rọ tỉy lươỉiy dan vị cúc hạt (íất, Yv, lủ tỷ s ố ỳ ữ a trọng Iượ/IỊỊ cúc hại (lãi với lìỉê ỉícìi chún\>, v\: Wc ( 1.1 ) v.s 8) 'íroníị iỉCỢìiịị íUíìì vị dấy (lất, hay gọi lủ trọ/iỉỊ lượng iìữii hiệu, lây Ìhhìiị írọtiĩ* lỉíỢiỉiị doiì vị bào hoù ckiỉ ĩrừđi ỉrọtiạ lượnạ d là: Ytl = p a g = (1.516kg / nr’1) (9,8 lm / s ' ) = 14,872kN / m - Hộ số rỗng, e, là: e = Vv / V s = 0,0011 / 0,00139 = 0,80 - Độ rỗng, n, là: n = Vv / V = ,0 1 /0 , 0 = 0,44 - Mức độ bão hoà nước, Sr, là: s r - (V(1) / Vv) X 100 % = (0 ,0 10 / ,0 11)X 100 % « ,5 % 1.2.2 Đ ộ ch ặt tương đỏi độ đầm chặt tương đôi 1) Đ ộ clìặi tương đối, D r Đ ộ chặt tương đối đất, Dr, danh từ thưòng dùng để đánh giá mức độ chặt loại đất vụn thô, xác định sau : D r = ■■e ffiax-~-e £ m a x —£*II1III (1.22) Trong : e m;ix- hệ sô' rỗng lớn nhất; e m„, - hệ số rỗng nhỏ nhất; e - hệ số rỗng tự nhiên đất Phương trình (1.22) biểu diễn dạng thuật ngữ trọng lượng đơn vị khô đất sau : 1^ = — ^ “h c (1-23) m in hi|y (1.24) Y d(m ax) Tương tự vậy, ta có : c s Y (U e mnx = — - (1.25) Y d (m in ) và, „ _ g s -Ym , (1.26) Ya T r o n s dó : YtUnunx) ’ ViHmiD) ’ v‘l Vd' tr9 nE ỈLTỢiig đơn vị khô lớn n h ấ t ; nhỏ trạng tiiái tự nhicn tương ứng đất Sau thay phương trình (1.24) ; (1.25) , (1.26) vào phương trình (1.22), ta nhận dược : — ^ ll1;tx? ỵ ỉ\i Yd(miiì) { j ^d(m;ix) -Yj( min) Độ cliộl urưns đối (Dt) thường dược biếu diễn băng phần trăm, dùng rộng răi thích họp cho việc lập tưưne quan với góc ma sát irong (ọ), hoá lỏng cúa đát, } Đ ộ d t ì ì c l ì ậ t tifí/ìiiỊ d ổ i , R l Độ dấm chặt tương dối đất , Rc, thường dùng đế theo dõi mức độ đầm chặt cúu loại dất vun thô, dược xác định sau : R = _ I í L _ ( 1,2 ) Sự khác dộ chặt ĩưone dối dợ đầm chặt tương dối biểu dièn hình 1.3 Y, = T r ọ n g l n g đ n VỊ k h ó y ứỉmnì Hệ ãi rỗng Ya ew Độchăí tương dõi D, Yd(mai) 0 ũ Độ dám chặt tương dói R ( = 80 % Ĩỉiìĩh ỉ Đ ộ c h ậ t ỉKViiíị (ỉổi v ù đ ộ đ â m e, 100 100% c h ặ t t n g d ổ i c ú c íấ ĩ v ụ n t h ỏ ( T h e o K L L e e IY> A S i n i * h , ) Sau kết hạp hai phương trình (1.27) với ([ 28), nhận được: R ( = — - R° - D r( l - R 0) (1.29) Trong dó : R„ = yúimJ ỵ dUmui Bằnu kcì qua khao sát 47 loại đất khác nhau, Lee vàSingh (1971) đà đưa biếu thức uấn dúnu LMiìadô clìặi lươn liđối đô dấm chãi IƯƠIÌS đối sau: Rc = - , D r Trona dó : D, biếu dicn bang phán trâm 10 (1.30) 1.3 T H À N H PHẤN CẤ P PHỐI H A T CÚA ĐẤT Đê xác dinh ihành phấn cấp phối hạt loại đất vụn thô (cuội, sỏi cát), người ta tlurờnc dùim phươnc pháp râv (sàng) Đất xấy khô đến trọng lượng không đổi làm vụn dè rây Xác định tro ne lương đất khô nằm sàng (rây), dựa Irên kết !ập dơờna cong lích luỹ phần trăm hạt iọt sàng, nước Mỹ, người ta dùim sìinc có đườnc kính lỗ khác cho bảng 1.1 40 50 60 70 100 140 200 Tt oc 0,25 0,21 0,149 0,105 0,074 270 30 0,053 20 0,297 16 0,42 oc rõ rí 10 0,59 2,00 Ồ 3,36 4.76 6,35 Kích thước lỗ rây, mm i Rày số Báng 1.1 Các rây tiêu chuân cùa Mỹ Thành phấn cấp phối hạt dất dùng đê xác định số tham số đất, ví dụ đườns kính hữu hiệu, hệ số đồng hệ số cấp phối hạt : - Đườnn kính hữu hiệu đất, D UI, đường kính hạt đất, nhỏ đất chiếm 10% tổng khôi lượng hạt lọt qua sàng - Hệ số đ n s nhất, Cu, xác định sau : c - I lệ số cãp phối hạt, c , c Xiíc = D,60 D 10 (1.31) định nlur sau ( D *>)2 (D 60) ( D | ) (1.32) Trong dó: D6U- đirờng kính nhỏ có tới 60% tổng khối lượng hạt lọt qua sàng; D10 - dường kính nhỏ có tới 30% tổng khối lượng hạt lọt qua sàng, Các hệ sô dồng nhát số cấp phối hạt đất qua phân tích lây troni: ví dụ 1.2 Vỉ dụ 1.2 Từ kết phân tích bằna rây cho báng 1.2, vẽ đổ thị đường cong câp phối hạt xác định: (a) đường kính hữu hiệu hạt đất, (b) hệ số đồng nhất, (c) hệ số cấp phối hạt đất Hang 1.2 Các ket quà phán tích rây R;ìv liêu chufín cúa MỸ Khối lươnu đất lai I 10 16 30 40 60 100 200 Còn lại 30 52 xo 141 96 105 85 51 Bùi íịicỉi : Tống khối lượng đất khô = 650 e Các kết phàn lích rây ghi báng ! : Iiang 1.3 Các kết quà tính toán cúa phân tích rây Rây tiêu chuán cúu Mỹ Kích thước lỗ rây, (mm) Khối lượng đất lai lảy, (g) Tổng khối lượng đất lại rây, (g) Tổng khối lượng đất lọt qua rây, Phần trãm hạt lọt rây, (%) (g) 4,76 10 10 640 98,5 10 2,00 30 40 610 93,8 16 1,19 52 92 558 85,8 30 0,59 80 172 478 73,5 40 0,42 141 313 337 51,8 60 0,25 96 409 241 37,1 100 0,149 105 514 136 20,9 200 0,074 85 599 51 7,8 Còn lại - 51 - - - Đế xác định số tham số cúa dãì : dường kính hữu hiệu, hệ số nhất, va hệ sô cáp phối hạt có thê dùng biếu đổ dường cong cấp phối hạt chi hình 1.4 a) Đường kính hữu hiệu hạt đât , D l0, đường kính nhỏ đất chiếm 10% tống khối lượng hạt lọt sàng Như chi bảng 1.3 ta tính D l0 = 0,0X8 inin b) Hệ số nhất, c „ , tính sau : c u = ty,(> Ư I0 Trong dó: DWI đường kính hạl nhó có tới 60% hạt lọt sàng, D^, = 0,5 mni, c = ^ i = - M - ==5,68 D |() 0,088 c) Hệ số cấp phối, c , tính sau : Q ^30 _ (0 )' - 91 'c ( D K)) ( D 60) (0,088) (0,5) Trong dó : D,d = đường kính hạt nhỏ có tới 30% hạt lọt sàng Theo tiêu chuán cỉia Mỹ, đất có c„ = + c = 1-^3 dất có thành phần cấp phối tôì Với loại đất có c = ioại đất có ihành phần cấp phối hạt xấu Vậy theo kết phân tích thành phần cấp phối hạt, kết luận đất thuộc loại xấu, c = 0,91 < 12 IU IM Thời qiun I /log (nạày dêm )Ị H ìn h Biến iliién d ộ l u n c ỏ ' k ế t b u đ u t h e o t h i g i a n ( t ỷ l ệ l o g a r i t l ì ) cua nén dúi yớu trước V() sau kin gtct cưửiiịỊ bung cái' trụ dớ thực búnỵ píiđn lỉiểm PLtMS Báng 5.9 Tống họp kêì dộ lún cố kết ban dẩu theo thời gian thực bũnu phương pháp lính lliú công hãng phấn mềm PLAXIS Báng 5.9 Tổng hợp độ lún cỏ két ban đáu đất yêu khóng dồng nhát gia cường trụ đá Độ ỉún cố kết ban đầu, ( cm) Loại đất Tính Plaxis Tính thủ công Nén đất không gia cường , StI 34,477 34,48 II Nền đất s;ui gia cườniz, sc 23,04 23,07 5.4 (ÌIẾNC, TIÊU NƯỚC' THANG ĐÚN(; BANG BẤC TH Ấ M Mục dích n hiệm vụ giếne tiêu I1 ƯỚC thẳng đứng thực tế tạo đường tiêu nước dược thi CÔ11ÍỈ bằnu nhĩrníi phương pháp khác nhau, mà phương pháp làm thay đôi đặc tnrng lý cúa đất Việc dùn g giếng tiêu nước thẳng dứng kết hợp vứi eia lái trước nhằm mục đích rút ngắn chiều dài đường tiêu nước lỗ rỗng (kho;íim cách tính đến hiên ihoát nước), thúc nhanh tốc độ cố kết ban đầu I [ì nh 5.29 minh hoạ sư đổ lắp đặl giếnsi tiêu nước tháng đứng tiêu biểu cho đất đắp cu a đườnti cao tốc 127 Hình 5.29 Giếng liêu nước thẳng đứng tiêu biêu lắp (lụi cho IICIÌ iỊi(ờiií> cao lốc Khi sử dụng bấc thấm (Preĩabricated Vertical Drains - PVD) kết hợp với gia tái trước, giếng tiêu nước thẳng đứng có ưu điếm (tức nhanh mức độ cố kết) đây: 1) Làm giám tổn« thời gian yêu cầu để hoàn thành trình cố kết nhờ gia tái trước; 2) Làm giám tổng phụ tái yêu cầu để đạt tổne lái trọng gia tái trước Irons khoáng thòi gian ấn định; 3) Đẩy nhanh tốc độ tăng độ bền c ố kết đất yếu; Những giếng tiêu nước thẳng đứng sử dụ ng làm giếne giám áp để giam áp lực thấm, dồng thời dể cải thiện ]ực lớp thoát nước tự nhiên nằm diện tích chịu nén 5.4.1 P h n g p h p thi công Mộl ihiết bị liêu biểu để gia cường đất yếu bồc thấm thoái nước thắng dứnu dưọc giói thiệu hình 5.30 Nhân viên kiổin tra thi công cần phải làm quen với bái) vẽ liu cỏnu, quy trình kv tlmạl, việc liên quan khác Ngoài yêu cầu liên quan lói dặc trưng cùa bấc thấm, phái ý tới xử lý khu vực, phương tiện địa kỹ thuật, đất thay thế, diều irong hợp dồng có ánh hưởng giếng tiêu nước ỉ l i i ì h 5.30 T h n ’ì bị ỉiêu biên d ê íịia cườnq đ ấ t \'ểu b ằ n g b ấ c th e m (P V D ) Trang thiết bị thi cône bấc thấm hao gồm: - Phương pháp thi cône (ấn lĩnh hay ấn động); - Kích thưức, hình dang, độ cứng mũi ấn; - Kích thước, hình dạng, va loại dụng cụ neo; - Trọng lượng trang thiết bị 5.4.2 Đặc trưng cúa giếng tiêu nước bàng bác thấm Bác Ihấm liêu nước thẳng đứng bao gồm hai phãn: lõi chất dẻo ( hay bìa cứng) hao vậi liệu tổng hợp (thườnẹ vái địa kỹ thuật polypropylene hay polyester không dệt,v.v, ) Bấc thấm có đạc trưng dưó'i đáy: ) Có nănu ấn tháng đứng vào tầng đất nén lún m ặt điều kiện trườim; ) Cho nước lỗ rỗng đất thâm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc vào lõi chất deo; 3) Lõi chất đéo ịỊÍỮa bấc thấm có tác dụng dẫn nước dọc theo chiều dài Lớp vái dịu kv ihuật bọc polyeste không dệt hay vải địa kỹ thuật polypropvlene ho;ìc iĩiấy tổng hợp, clìúne có chức nãne ngăn cách lõi chất dẻo ilíú xunII quanh, đồnu thời giữ vai trò làm lọc - han c h ế cát hạt mịn chui vào lõi làm lác thiết bị tiêu nước Lõi chất dẻo có hai chức quan trọng: vừa đỡ lớp bao bọc nuoài, vừa tạo dườne cho nước thấm đọc chúng ngav áp lực ngang xưng quanh lớn Đây ưu bấc thâm so với giếng cát thoát nước thẳng đứng (SD) hay cọc cát vừa nén chặt dất vừa thoát nước (SCP) 129 5.4.3 Cô kết giếng tiêu nước thẳng đứng (PVD) Tốc độ c ố kết trình nén trước phân tích tổng quát theo lý thuyết c ố kết thoát nước chiều Terzaghi Những phương trình thích họp là: (5.41) s , / s f= u v Trong đó: u V - mức độ c ố kết trung bình theo phương đứng; S t Sf - độ lún c ố kết thời gian độ lún cuối cùng, tương ứng u V tương ứng với hệ số thời gian không thứ nguyê n, T v, có dạng: T _ cv t (5.42) (H /N ) Trong đó: Cv - hệ số c ố kết theo phương đứng; t - thời gian cần đạt u V (tham k h ả o bảng 5.4 hay xem hình 5.16); H - chiều dài đường thoát nước đứng; N - s ố bề mặ t thoát nước (N = hay 2) Chú ý rằng, lý thuyết Terzaghi áp dụng c h o c ố kết ban đầu dựa m ộ t số giả thiết sau : 1) Đất bão hoà nước đồ ng 2) Dò ng thấm tính nén lún m ột chiểu 3) c v , m V , K k h ông đổi trình c ố kết 4) Biến dạng đứng nhỏ 5) Tải trọng tác dụng cách tức thời N ăm 1948, Barron phát triển lý thuyết c ố kết cho giếng tiêu nước thẳng đứng để phân tích hiệu q u ả làm việc giếng cát Đối với dòng chảy hướng vào tâm giếng tiêu nước thẳng đứng, lời giải Barron là: (5.43) Trong đó: u h = - (5.44) u - áp lực nước lỗ rỗng trung bình khối đất thời gian t (U0 t = 0) (5.45) rr-1 4n n = —- = — - hệ số khoảng cách (hê số Barron); d w c t Th = ——- - hệ số thời gian theo phương ngang; Ch - hệ số c ố kết cho thoát nước theo phương ngang; De - đường kính trụ tròn vùng ảnh hưởng qu an h giếng tiêu nước ỉ 30 (5.46) rw (5.47) Burron dà sư dụim giá íhiêt ban đây: ) Đài sét bão hoà nước dồne 2) Mọi biến clạnu nén lún khối đất xảy theo phương đứng 3) Khốn g có dòne nước lỗ rỗnc theo phương đứns 4) Tuân theo định luật thấm đường thắne Darcy Hẹ số thấm nước, k, không phụ thuộc vào vị Irí 5) N ước lỗ rỗrm cấc hạt khoáng vật khône chịu nén so với hạt sét ) Sò eia lái írọnii đáu tién nước lổ rồns tiếp nhận tạo áp lực lỗ rỗng dư thừa, u 7) Không có áp lực lỗ rồng dư thừa giếne tiêu nước K) Vùng ;inh hướniĩ mỏi uiếng hình trụ tròn Btirmn 111Ờ rộne plurơne trình (5.43) có tính đến tác dụng xáo trộn đất xung quanh giếng tiêu nirớc cường dộ kháng thấm Những phương trình không biếu ciicn nluìn£ tác dụnu Irên, chúng có giái thích đơn giản sau M ộ ỉ v i ỉ l u t v d ổ i c ú c ú c p l u ứ / ỉ ỉ ị ị ỉ r ìỉ ỉlì l í ỉì l ì t o n ÍỎỈÌÍỊ q u i i lansbo (1979) da sứa dổi plurơnc trình Barron ứng dụng cho giếng tiêu nước ỉhanu ckínẹ bàng bấc tham Theo phương pháp ly thuyết tương tự phương pháp Barron nhữnu sửa đổi cúa Mansbo dược the thốiiìỉ qua giả thiết đơn gián tio kích ihước va dặc irưng vật Iv bác thấm tiêu nước tháng đứng tạo a) K hoảng cách giừng Phơơnu trình (5.45) có thc dơn cián lioá sau: F( I1 >= —Ịr— l n ( n ) —— - H - ~ ^ i (5.48) n I 4n Gia thiết ranti, l/n" = 0, với mộí irị sỏ' tiêu biếu n > 20, fn2 / (n2 - 1)1= 1, tiếp (ló phương trình (5.4X) dược viết đon eián đây: F ( n ) = ln{ n) - — (5.49) b) CưỏtìíỊ (lộ kháng thấm Thực lế rằne eiếnii liêu nước bấc thâm chiều dài thấm vô han í lức là, cluìne chí có nănc liêu nước hạn c h ế theo phương đứng), Hans bo đưa hộ số khúne ticu nước (F, ) va gia thiết rằn định luật Darcy áp dụng cho dòni* cháy dọc theo trục thẳng dứng cùa c iế n s tiêu nước Phươne trìn h tín h F, có dạng: = 7ĩZ(L-Z)ík~/q.A ) ( 5 ) Tronu dó: z - khoáne cách lính lừ diêm kêi tiulc tiêunước ciếng (xem hình 5.31) L - chieu dài uicni: liêu nước mrớc chí thoát m ộ t phía, nửa L dònn ỉhấm chay theo cá hai phía (lê n trcn x u ố n g d i); kh - hộ số tluìin nước theo phương n c a n s ironiĩ đất nguyên dạng; c|v - lưu lirọiìLL nước cua u ic iiii ỉ.được xác định građiên thuỷ lực 1) 131 Nếu giếng tiêu nước có hệ số thấm hữu hạn (tức là, lưu lượng thấ m theo phương đứng có giới hạn), hệ số kháng thấm giếng tiêu nước (phương trình 5.50) h àm số cuả độ sâu U h hằn g s ố theo độ sâu c) S ụ xáo trộn đất Barron (1948) đưa phương trình để tính tác dụng xáo trộn đất trình thi công bấc thấm, vùng xáo trộn tạo xung quanh g iếng tiêu nước làm giám kha thấm nước giếng Hệ số xáo trộn tạo ra, Fs , sau kết hợp với F(n) F, , ta có : F ( n ) + F r + Fs = [ l n ( D c / d w) - / ] + [(k h / k s ) - l ] l n ( d s / d w) + 7i Z ( L - Z ) ( k h / q w) : ( ) Trong đó: ds - đường kính vùng xáo trộn xun g quanh giếng; dw - đường kính tương đương cua giếng có dạng băng; ks - hệ số thấm theo phương ngang vùng đất bị xáo trộn Đối với mục đích thiết kế, đường kính tương đương thích hợ p c h o tính loán là: (a + b) w (5.52) n Năm 1986, phương pháp phần tử hữu hạn R i xner giới thiệu cách tính đường kính tương đương PVD, sau H ans bo (1987) xác nhận để ứng dụn g vào thực tế theo công thức sau: dw - (a + b) ? (5.53) C h ỉ c ó dỏng thấm n g a ng H ình 5.31 Sơ đồ giẽhg íiẽu nước bấc thấm có vùng klìáỉig thấm v vùng đất bị xáo trộn Đ ất n g u y ê n d ạng V ù n g đ ấ t bị x o đ ộng 132 Đ y cá ch nư ớc Bấc thấm Những tham số phương trình trên hình 5.32, 5.33 đây: Các vòng tròn tương đương có: H _ (a +b) dw= —— 2(a + b ) Hình 5.32 Đường kính tương đương giếng tiêu nước thẳng đứng bấc thấm- PVD (theo Hansbo, 1979, Rixner, 1986) d) Đường kính vùng ảnh hưởng giếng tiêu nước ( D j Thời gian để đạt phần trăm cố kết định hàm số sơ đồ hình vuông hay hình tam giác đéu (xem hình 5.33) Đó khoảng cách giếng tiêu nước (S), sở để xác định De thông qua tương quan đây: Sơ đồ hình vuông dễ bố trí thuận lợi cho việc kiểm tra, nên hay sử dụng Tuy nhiên, sơ đồ tam giác lại cho ta có kết giếng tiêu nước khắp so với sơ đồ hình vuông D e hàm số s Sơ đồ Hình vuông Hình tam giác D, =: | 13S D = 1.05 s (5.54) (5.55) Giếrvg tiêu nước thẳng đứng a ) Sơ đồ hình vuông b ) S đồ tam giác đểu Hình 5.33 Tương quan cùa (S) VỚI dường kính vùng ảnh hưởng ( De) 133 V í dụ 5.4 M ột sơ đồ chi hình 5.34 Hãy thiết kế sơ giếng tiêu nước bãna bấc lliâni, dế đạt mức độ cố kết ban đầu cộng với logarit chu kỳ c ố kết thứ cáp xáy tái trọne cúa đất đắp đưòng cao tốc sau kết thúc thi công 24 tháng Hài iịiới: ỉ Nluĩiìiị ỵiií lliiéì cho lỉiiết kế: I ) Nen dát đắp tái trọng tạm thời xảy cách tức thời phục vụ cho mục đích lính lún ) Ồn định cúa đất đắp (tức là, tiến hành gia tái, thi công bệ phản áp , .) liến hành phân lích đồng thòi Pluf(fiii> pháp thiết k ế 2.1 Đánh giá hiệu quà đất đáp dự tính: 2.1.1 Tính số gia ứnu suất hữu hiệu đường trục khối đất đắp tạo ra? 2.1.2 Lịch sử phát iriến ứng suất mặt cắt thay đổi ứng suất? 2.1.3 Dự tính (ổng dộ lún tái trọng khối đất đắp gây ra? 1.4 Nghiên cứu lốc độ lún theo thời gian? Cho: Đ ường truc Đất (lắp nén 15m ỵ, = 20kN /nr ' m 6m m Lich s ứng suất: Sét (quá cố kết vá cố kết bỉnh thường nằm dưới): Y, =16,5 kN /m Z (m ) CR = 0,20 = số nén lún ban đầu RR = 0,04 = chì số tái nén lún 48 c u = 0,01/ log chu kỳ thời gian = hệ s ố nén lún thứ cấp c , = 0,009 m /ng.dêm (cho cố kết bình thường 61,34 15 102,24 thấm phía lên xuống theo phương đứng C át Hình 5.34 2.2 T ín h toán phu tải: 2.3 T ín h toán phụ tải ycu cầu 34 vm(kPa) 18 m 2.3.1 Xác định clìié ii cao phụ ỉái vẽu cẩu? 2.3.2 Dự lín h cố kết ban (iáu khối đất đáp \à phụ tái gây ? 2.3.3 Tính nurc clỏ cố kết theo phương ngang yêu cầu ? 2.3.4 Kiếm tra "inrờniỊ hợp lv tưởng" dế xác đinh gấu đún g khoáng cách u iẽne tiẽu nước ? 2.4 Nhận xcl vớ Iihữiiạ khiu Cíiiiìi ìlúếì ké khác: Sư xáo lrộn đãi'.’ 2.4.2 CưÒTìu dộ khánu thấm ? 2.4.3 Lớp dộ 1n cònu tác cỏ lính thoát nước'7 Btíớc 1: Đánh má hiệu làm việc khối đât đắp nển đường thi công la Tính số lĩia ứim suất hữu hiệu đương trục khối đất đắp gây (xem hình 5.35) lb L ịc h sứ phát Irièn ứnu sLIrủ mặt cắt thay đổi ứng suất (xem hình 5.36) k \ Dư lính lổDíi (.lộ lún tái trọng cùa khối đất đãp nến đường gây a) Độ lún khỏn + CR.H.log ’v f a \ m 135 c) Đ ộ lún thứ cấp, sa: (5.57) Sa = C a ( H - S c ) l og hay, sa =(0,0 X - ,5 ).lo g 50 100 150 200 'l 0tp N 250 0,164 m 300 T 350 400 450 500 Mặt cắt áp lực cuối lớn nhát -* -1 4- ♦o £ ĩ“O tõ Q ứng suát hữu hiệu cuối cùng: < f = z y 'b + A v Ị _ Ị _ 12 Sự gia tăng ứng suất hữu hiệu cố kết *p- 15 18 21 ứng suất hữu hiệu ban đầu; Tổng ứng suất ban đầu: < = 2Yb v = ZỴ, Hình 5.36 Bảng 5.10 Kết tính độ lún cố kết ban đầu Khoảng độ sâu vf = ’v o + A v Hi s,i vo (kN/rrr) (kN/nr) (kN/m3) (m) -6 20 48 140 ,2 0 ,0 ,6 - 12 60 ,3 173 ,2 0 ,0 ,5 - 18 100 ,2 205 ,2 0 ,0 ,3 (m) V m CR RR (m ) S s « = 1,57 m d Tổng độ lún (độ lún cố kết ban đầu cộng với m ột chu kỳ độ lún thứ cấp), St = sc + S a = l , m + 0,164m = l , m ld Tính tốc độ lún theo thời gian a) Kiểm tra thấm hai phía theo phương đứng: U = ỉ - ( - U v ) ( l - Ư h) Trong đó: U h = ỉ 36 s,: Vậy, u = u v Xét trường họp: U v = 90% ứng với T v = 0,848), ta có: _ t= Tv ( H / )2 _ ( , 8 ) ( m / ) — - = — T = 3816 c v 0,009(m / d a y ) Thậl vạy, cần xét thèm lựa chọn khác b) Tính mức độ cố kết theo phương đứng, Uv, xảy n ă m : t = năm = 730 ngày đêm Tv = (H / 2) (18 m / 2) = > u v =32% Nhạn xét: Cán phái biết rõ phụ tái theo yêu cầu thiết k ế để đạt mức độ c ố kết ban đáu cộng với chu kỳ nén lún thứ cấp thời gian t < 10 Bước 2: Đánh giá phụ tải Lợi phụ tái đánh ơ- ầ •o C7 Cố kết ban đấu Cố kết thứ cấp Log Đoạn AB D N hận xét = g ia lú t t r c ( c h ỉ c ó n c n đ p , c h a c ó n iế n u l i c u A B n ) = ììia túi 11ư c ĩlì n u d ứ n u ) i r ó v / p lì ii i ( n ề n đ ả p / p l u i ià i) - G án 10 nãm đê chuyển từ A đến B M ột l o g c h u k v t h i g ia n đ ể d i c h u y ế n t B đ ế n D - O ẩ ĩì n ã m đ è (Ji c h u y ê n í A đ ế n B ó c d p h ụ t i ( d i c h u y ế n từ L c c đ ế n D ) Hình 5.37 137 ngà Bước 3: Đánh giá phụ tải yêu cầu 3a) Xác định chiều cao phụ tải yêu cầu: u = l - ( l - u v) ( l - u h) Trong đó: uv = 0,32 (xem mục b phần d) Giả thiết, U h = 0,85 => u=( 1- 0,32) (1 - 0,85) = 0,90 (trị số thoả m ãn yêu cầu cho thiết kế) _ Trong vòng 24 tháng, s scf u = - —— = 0, 90 s, = 1,734 m ,l M : Scf = 1,734 m / , = l , m Mặt khác, viết, RR.(H) log ^ vm + CR(H )log [_ơ'v0 ^ Từ, ' Vf vs + CR (H )k og [ Vf ® vm sc = R R H l o g ơ V m + C R H lo g J = 1,93 m vf vm vO Do dó, vs CR.H.Iog 1,93 in - ] ,57 m * 0,36 m V f Trong đó: ' vs - ứng suất thẳng đứng hữu hiệu phụ tải gây vs log ơ vs hay, 0,36m 0,10 0,2(18m ) Vf = , 26 suốt chiều dày trung bình 18 m Vf Chiều cao khối phụ tái tối thiểu: (1,26 - 1) (6 m) = 1,56 m Gia thiếl rằng, mục đích cần đạt mặt cắt khối đất đắp tổng thể cho bị lún cũne không làm thay đổi hình dáng sườn dốc, tức sau lún, khối đất đắp bù có chiều cao 2,4 m 3b) Xác định độ lún c ố kết ban đầu khối đất đ ắ p phụ tải gây ra: Scf = RR.(H) log ^ v m vO 138 nen ( ĩ vs + CR( H ) log ^ V «S) p = (6+2,4)(20) = 168 kPa 7777777777777777777777777777777777777777777777777^ ','/y ss/;////////ss/s / / / / / / / / ' / / / / / / / / Ậ Aơv = 2.I.P Sél A ơ'v a/ z b /z I 5,6 0,50 168 1,87 1,67 ,4 165 15 1,12 1,00 0,47 158 (k N /m 2) I kháo: Lời íụdỉ clàn hổi cììtì học đá vù (lút Poitlos vả Đavis ịliíiv cúc In so (inh hướniỊ ỨIIỊỊ với a lz vù bl: khúc cho lùith 5.39) Hình 5.38 ÍỈIIIIH Các trị sỏ' tính toán, s (■ , liệt kè báng 5.11 đây, BiinỊ> 5.11 ĐỌ lún cỏ kết ban đáu khòi đáp phụ tải gây Khoáng đô sâu, (m) -6 — y0 + A y H, (rn) CR RR Si (m) 188 0,20 0,04 0,80 61,34 225 0,20 01,04 0,68 102,24 258 0,20 0,04 0,49 'v m ° vo (kN /111 ■) (k N /n r) (kN /rrr) 20 4X 60 100 12 12 - 18 Z s cf(i) ~ Kiểm tra: u= 5, _ l,734m sư 1,97 = 0,89 - thoả mãn yêu cầu l,97m 3c) Xiic dịnh mức độ cổ kết theo phương ngang theo yêu Gầu, Uh: U = l - ( l - U v ) ( l - L - h) u h = l- (1 - U ) (1-0,89) ( l- u v) (1-0,32) ,8 3d) Kiếm tra "ưường hợp lý tưởng” khoảng cách gần giếng tiêu nước: _ D e/ _ 8c !n(-^íL) - / dw ln( 1- U ■) 139 Giá thiết: d w = 0,05 m cc,,= h= CV(TN) = 0,009 m2/ngày đêm Với: t = 730 ngày đêm (tối đa) u h = 0,84 D„2 8(0,009) ln ln -0,84 v0,05y 3* t (ngày đêm) Dc (m) í De ì = 25,42 ( D p2 ) ln 10,05 J 775 > 730 - không đạt yêu cầu 2,7 608 < 730 Đạt, tăng lên 2,85 689 < 730 - Đạt yêu cầu Đối với “ trường hợp lý tưởng h o ” (không có đất bị xáo trộn hay vùng kháng thấm) Đư ờng kính vùng ảnh hưởng giếng tiêu nước bấc thấm, D e = 2,85 m hoàn toàn thoả mãn cho bước tính toán ban đầu Bước 4: Đánh giá khía cạnh thiết kế ban đầu khác 4a) Khá xáo trộn đất: Việc dùng Ch = Cv (TN) việc bù đắp thiếu hụt phần thiết k ế ban đầu cho tác clụne xáo trộn đất Phân tích chi tiết thực giai đoạn thiết kê cuối cùníi, nhằm xác định trị số C|, tác dụng xáo trộn đất thi công bấc thấm 4b Sức kháng thấm: Sức kháng thấm không xét chiều dài giếng ú ê u nước tương đối ng ắn (18 m), đồng thời nước lại thoát hai phía (lên xuố ng dưới) 4c Lớp đệm công tác thoát nước: Do lớp sét bị ép nén từ mật đất chiều rộng khối đất đắp lớn, nên bước thiết k ế cuối phải bao gồ m lớp đệm công tác thoát nước tốt, m uốn nên lấy phần khối đất đắp đế’ làm lớp đệm công tác nhằm phục vụ cho việc thi công bấc thấm để tạo khả nãng cho nước thoát qua giếng tiêu nước Bước 5: Kết luận: Các ciếng tiêu nước thẳng đứng dùng để tăng nhanh tốc độ c ố kết củ a sét yếu Thực tế việc ứng dụ ng giếng tiêu nước thẳng đứng trình bày vÉn tắt v í dụ L ý th u yế t cố kết hướng tâm lờ i g iả i nó, tác d ụ n g Cíờng độ kháng thấm vùng bẩn phân tích Ánh hưởng tham số dòng chảy khác đất kiểm chứng Đường kính đới bẩn giả thiết hai lần đường kính tương dương nũii khoan hệ số thấm ngang vùng bẩn lấy xấp xỉ nh ững trị số thấm theo phirưnn đứng tương ứn" 140 Cuối cùng, việc áp dụng giếng tiêu nước thẳng đứng sét yếu đề cập nhiều nghiên cứu nước giới blz =30 °0,01 ,0 ,0 ,06 0,1 0,2 0,30,4 0,6 0,81,0 10 a/z Hình 5.39 Hệ số ảnh hưởng tải trọng đất đắp (theo Osterberg, trị số ảnh hưởng ứng với ứng suất thẳng đứng môi trường bán không gian vô hạn tải trọng khối đất đắp phía gây ra, 1957) C ác tập chương 5.5 Hãy giải ví dụ 5.1, với việc sử dụng đường kính trụ vật liệu ròi 1,0 m có góc m a sát 40°, số liệu khác giữ nguyên 5.6 Hãy giải ví dụ 5.2, với việc sử dụ ng đường kính trụ cát 0,7 m có góc m a sát 30°, khoảng cách tàm đến tâm trụ 2,5 m, số liệu khác giữ nguyên 5.7 Hãy giải ví dụ 5.3, với việc sử dụng đường kính trụ đá 0,7 m có góc m a sát 40°, mô đun đàn hồi 25.000kPa, số liệu khác giữ nguyên 5.8 Hãy giải ví dụ 5.4 tải trọng giao thông 15 kP a tác dụng lên đất sét yếu gia cường bấc thấm, số liệu khác giữ nguyên 141 [...]... v Davis, 19 74): _p_ Tta ap + x a + z ln xl/2 R + In R1 ( 88) +a R ) Ti im A: 1/ : 15 0 ,[ ~ ( 3 ,1 4 ) ( 1 2 ) 32 12 p + 0 (a ) + (l,8 )(2 ,3 )Io g R R ằ ,2 | 2^, 0 , 8) 2,3 10 2 =- + a R, Trong ú: a 12 tg a = = - = 6,67 z 1, 8 > R 2= R R,_ 2 co s8 1 ,4 7 Tht võy, ' 1 = 3,98 3 J X 12 2 ,223... chun ca M, s : Khi lng t Cũn li trờn rõy 4 10 16 30 40 60 10 0 200 10 30 52 80 14 1 96 10 5 85 Cũn Li 51 Bi t p 1. 10 Hóy gii vớ d 1. 3 bng cỏch dựng chiu dy lp t thm nc di ỏy p l 15 m v cú h s thm k = 0,005 mm/giõy, mi s liu khỏc c gi nguyờn Bi t p 1. 11 Hóy gii vớ d 1. 4 nu cú tng quan gia cỏc h s thm l kx = 2 kz, mi s liu khỏc c gi nguyờn Bi t p 1. 13 Hó gii vớ du 1. 6 nu hờ s Poớsson v = 0 , 4 , mi s liu... logg 2((- ^ ) + (l,4 2 1 ): 12 (0 ,14 9} + ( l , 8 ) ( 2 , 3 ) l o g ^ f - (1, 8) 22,3 ,3 2 lo 1, 0 1, 0 1 = 3 ,9 8 { 5 ,2 3 3 1 4 ,2 9 1 } a V y, 1 1 , = 3,98(5,233 + 4,2 91) ~ 37,90 kPa n * =3,98(5,233 i /I o m \ ^ n n 1 , D 4,2 91) s 3,75 kPớỡ 2 = v( + 3) ô 0,45(37,90 + 3,75) = 18 ,74 kPa Hỡnh 1. 23 1/ 2 Vic tớnh toỏn ỏp lc nc l rng c thc hin nh di õy: + T + - -> ~~ 1 Au a = 1 - + ay ( a i - 2r... (1. 79d) T cỏc phng trỡnh (1. 79 a) v (1. 79 c), ta cú: b| _ cos|3| _ sinot L sin[3| cosa, b 1 - ^ = _ _ = tga1 L| tgP, hay, (1. 80) ng thi, t cỏc phng trỡnh (1. 79 b) v (1. 79 d), cú: bo _ cos(3i _ sin a-, Lt , hay sin(3i cosa-, bo _ 1 _ _ = = tgou (1. 81) (1. 82) Kt hp cỏc phne trỡnh (1. 78), (1. 80), (1. 81) , v (1. 82), ch ỳ ng ta s nhn c: JS l = è I l = i ớ ớ l K 2 tgP2 tgot, (1 83) Nhng li dũng chy trong. .. bng phng trỡnh: (1. 37) *V V 1+ - sr Trnu lng n v khụ in nht ng vi inc bóo ho, s, = 10 0% v cỏc l rng khụng cũn khụng khớ, cú h xỳc dinh theo phns trỡnh (1. 10), 16 y Trong ú: ( bh _ G s Yw _ G s Yw _ Y 1+ e 1+ w G s 1/ G s +W (13 8) trng lng n v khụ khụng cũn khớ trong l rng c trjjg Yd(bh) thay di Iheo m cng dc biu din trờn hỡnh 1. 8 H ỡnh 1. 8 th quan h gia trng lng dn \ t khụ v S n trong thớ nghim... liờn tc trong t ỏ, nờn tc thm thc ca nc (V,) qua t ỏ c biu din bng cụng thc sau: q V V ,= -2 - = n A n (1. 44) Trong ú: n - rng ca t ỏ Mt s tr s h s thm nc c trng ca t ỏ cho trong bn g 1. 4 di õy Bng 1. 4 Cỏc tr sụ h sụ thm dc trng ca t ỏ khỏt nhau Loi t ỏ H s thm nc, k, mm / giõy Ht thụ 10 n 10 ' Cui si nh, cỏt ht th v trung 10 '3 n 10 Cỏt ht nh, bi li xp 10 '4 n 10 ~: Bi cht, bi pha sột 10 '5 n 10 4 Sct... + 1 ) 4- c , hay, c , = - c ... (g) 4,76 10 10 640 98,5 10 2,00 30 40 610 93,8 16 1, 19 52 92 558 85,8 30 0,59 80 17 2 478 73,5 40 0,42 14 1 313 337 51, 8 60 0,25 96 409 2 41 37 ,1 100 0 ,14 9 10 5 514 13 6 20,9 200 0,074 85 599 51 7,8... 10 30 52 80 14 1 96 10 5 85 Còn Lại 51 Bài t ậ p 1. 10 Hãy giải ví dụ 1. 3 cách dùng chiều dày lớp đất thấm nước đáy đập 15 m có hệ số thấm k = 0,005 mm/giây, số liệu khác giữ ngun Bài t ậ p 1. 11. .. ác giá Phần I ĐẤT XÂY DỰNG m Chương THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT c BẢN CỦA ĐẤT 1. 1 KHÁI NIỆM CHUNG Đất tập hợp hạt khống vật khác nhau, lỗ rỗng đất có chứa khí nước - hệ ba pha Đại phận bề mặt đất b