" lún; ổn định theo thời gian, biện pháp xử lý nền đường

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU DỰ ÁN ĐƯỜNG NGUYỄN TẤT THÀNH NỐI DÀI ĐẾN KHU ĐÔ THỊ QUAN NAM THỦY TÚ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG. Tính toán ổn định, độ lún của nền đất ban đầu chưa xử lý.Đề xuất các phương pháp xử lý nền đất yếu.So sánh ưu nhược điểm của 3 phương pháp, đề xuất phương pháp thiết kế.Tính toán ổn định và độ lún nền đất sau khi xử lý,Ứng dụng phần mềm tính toán

Tên đề tài : ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU.

Bảng phân công nhiệm vụ thực hiện đề tài:

1 Tìm kiếm số liệu đề tài, xử lý số liệu, lựa chọn mặt

cắt ngang tính toán Đánh giá kết luận

2 Tính toán ổn định, độ lún của nền đất ban đầu chưa

xử lý

3

Đề xuất các phương pháp xử lý nền đất yếu

So sánh ưu nhược điểm của 3 phương pháp, đề xuất

phương pháp thiết kế

4 Tính toán ổn định và độ lún nền đất sau khi xử lý,

5 Ứng dụng phần mềm tính toán

Đề tài thực tế:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

DỰ ÁN ĐƯỜNG NGUYỄN TẤT THÀNH NỐI DÀI ĐẾN KHU ĐÔ THỊ QUAN NAM THỦY TÚ - THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG ( ĐOẠN TỪ KM0+943 ĐẾN KM1+005)

NỘI DUNG:

1 Giới thiệu về dự án 2

2 Số liệu địa chất 2

3 Nội dung tính toán 4

3.1 Yêu cầu tính toán 4

3.2 Dự báo độ lún, độ ổn định của nền đường trước khi xử lý 4

3.3 Tính toán độ lún theo thời gian: 6

3.4 Nhận xét kiến nghị đề xuất các phương án xử lý: 6

4 Tính toán đô lún và ổn định sau 6 tháng xử lý: 7

4.1 Bố trí bấc thấm 7

4.2 Dự báo độ lún của nền đất yếu sau khi xử lý bằng bấc thấm: 8

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS V8.2 VÀO PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU THEO THỜI GIAN 10

1 Giới thiệu về dự ỏn

Hinh 1: Vị trị dứ ỏn đường Nguyễn Tất Thành nối dài

Công trình đờng nối từ đờng Nguyễn Tất Thành đến khu đô thị Thuỷ Tú có điểm đầu tại đờng Quốc lộ 1A (cuối đờng Nguyễn Tất Thành) Điểm cuối dự án dự kiến tại Km7 thuộc đờng tránh Hải Vân – Tuý Loan Tuyến đờng chủ yếu băng qua các đoạn ruộng lúa nớc, một số

đoạn qua nhà dân và qua vờn hoa màu Cấu trúc địa chất trong đoạn này chủ yếu là các thành tạo đất có nguồn gốc bồi tích của sông Cu Đê

và trầm tích biển bao gồm: Bùn sét pha, sét, sét pha, cát, cát pha, cuội sỏi sạn nằm phủ trên đất tàn tích của đá loại phiến sét

Loại đường phố: Đường trục chớnh thứ yếu

Cấp kỹ thuật: 60

Độ dốc dọc lớn nhất: Idmax=6%

Bề rộng nền đường: (5+7,5+8+7,5+5)=33m

Hình 2: Mắt cắt ngang đại diện

2 Số liệu địa chất

Cắt dọc địa chất của đoạn nền đường xử lý KM 0+943 đến KM 1+005m.

Cấu tạo địa chất điển hình của mặt cắt tại vị trí này bao gồm lớp Sét pha màu xám xanh với chiều dày trung bình khoảng 16m Bên dưới lớp sét pha là cát hạt nhỏ chặt vừa có chiều dày khá lớn

Lớp E1: Bùn Sét pha, màu xám xanh

Lớp H1: Cát hạt nhỏ lẫn bột sét, màu trắng, màu vàng, trạng thái bõa hòa, kết cấu rời rạc đến chặt vừa

Đất đắp: Sét pha cát có lẫn dăm sạn:

Chiều cao đất đắp 5m

Có dung trọng tự nhiên:  = 18,5kN/m3

Tải trọng xe: quy đổi về tải trọng đất đắp phân bố đều h=0,75m.

Hình 3: Mắt cắt ngang tính toán

Bảng 1: Tổng hợp chỉ tiêu của các lớp đất như sau:

BẢNG CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT NỀN ĐƯỜNG

3 Nội dung tính toán

3.1 Yêu cầu tính toán

Độ lún dư, tốc độ lún:

Theo quy trình khảo sát thiết kế nền đất đắp trên nền đất yếu 22TCN 262 -2000 thì độ lún còn lại (S) tại trục tim nền đường cấp 60Km/h Có tầng mặt cấp cao A1 sau khi hòan thành công trình đảm bảo yêu cầu sau:

- Đoạn nền đường đắp thông thường S40cm

- Đoạn nền đường có cống hoặc dân sinh chui dưới S30cm

- Đoạn nền đường gần mố cầu S20cm

3.2 Dự báo độ lún của nền đường trước khi xử lý.

Độ lún của nền đất:

S= Se+ Sc + Si Tính toán độ lún tức thời:

2

(1 u)

e

u

P B I S

E







Trong đó:

P- cường độ áp lực gây lún tại đáy móng

B- bề rộng trung bình của nền đường

I- hệ số phụ thuộc vào hình dạng, độ cứng của móng và hệ số nở hông của đất nền dưới đáy móng

u- hệ số nở hông không thoát nước.

Eu- mô đun đàn hồi không thoát nước của đất được xác định bằng thí nghiệm một trục

(Oedometer)

Độ lún tức thời:

Mô đun đàn hồi không thoát nước E 650 kN/m2

Hệ số ảnh hưởng hình dạng móng I 1

Dự báo độ lún cố kết:

Trường hợp ứng suất hữu hiệu lớn hơn áp lực tiền cố kết nên độ lún cố kết được tính theo công thức sau:

' '

1

i i

H

e





�

Trong đó:

Sc- độ lún cố kết sơ cấp

Hi chiều dày lớp đất phân tố

e0i- hệ số rỗng ban đầu của lớp đất thí i

Cc- chỉ số nén của lớp đất thứ i

zi- ứng suất hữu hiệu của đất

vi- ứng suất do tải trọng ngoài gây ra

Tính toán độ lún cố kết ban đầu:

Lớp

Chiều dày (m)

Hi m)

'v0 (kN/m2)

'vm (kN/m2)

'v0+ 

Bùn Sét

Ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây ra:

Ứng suất so tải trọng ngoài gây ra:

3.3 Tính toán độ lún theo thời gian:

Độ cố kết của nền đất khi nước thấm 2 phía theo phương thẳng đứng:

U=1-(1-Uv).(1-Uh) Trong đó: Độ cố kết phương ngang: Uh=0

Độ cố kết phương đứng: Uv=90% ứng với Tv= 0,848

Nhân tố thời gian: 2v

v

C

h



Hệ số cố kết phương đứng:

0

(1 )

z v

tb

K a C



 ; Cv=0,00067cm2/s Chiều sâu vùng tính lún h=H/2= 1600/2=800cm

Thời gian tắt lún: t=27 năm

Tính toán độ lún theo thời gian:

3.4 Nhận xét kiến nghị đề xuất các phương án xử lý:

Nền đất yếu có chiều dày 16,0m, để đạt độ cố kết yêu cầu 90%, phải mất hết 27 năm Do thời gian xây dựng công trình chỉ yêu cầu trong 6 tháng nên phải sử dụng các biện pháp xử lý nền đất yếu để đẩy nhanh quá trình thoát nước

Đề xuất 03 phương án xử lý nền đất yếu:

- Phương án 1: Sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước

- Phương án 2: Sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước

- Phương án 3: Sử dụng cọc đá dăm

Bảng 2: So sánh ưu, nhược điểm của 3 phương án:

Xử lý nền bằng bấc thấm kết

hợp gia tải trước

- Làm tăng khả năng thoát nước của nền đất yếu

- Công nghệ thi công cắm bấc thấm nhanh, đơn giản hơn giếng cát

- Giá thành rẻ hơn các phương

án khác

- Khả năng thoát nước kém khi

áp lực xô ngang lớn

Xử lý nền bằng giếng cát kết

hợp gia tải trước

- Giếng cát vừa có tác dụng thoát nước vừa có tác dụng làm chặt đất xung quanh, dẫn đến tăng sức chịu tải của nền đất yếu

- Thời gian thi công chậm hơn phương án 1

- Yêu cầu khối lượng cát lớn

Xử lý nền bằng cọc đá dăm - Cọc đá dăm vừa có tác dụng

thoát nước vừa có tác dụng làm chặt đất xung quanh, dẫn đến tăng sức chịu tải của nền đất yếu

- Thời gian thi công chậm hơn phương án 1

- Yêu cầu khối lượng đá dăm lớn

- Chi phí xây dựng cao hơn 2 phương án trên

Kiến nghị: Từ bảng so sánh ưu nhược điểm trên, nhóm tác giả kiến nghị chọn phương án

01( Phương án xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước) để đi xử lý nền đất yếu dưới nền đường

4 Tính toán đô lún và ổn định sau 6 tháng xử lý:

4.1 Bố trí bấc thấm.

Sơ đồ bố trí bấc thấm:

Hình 4: Sơ đồ bố trí bấc thấm

Chiều dài cắm bấc thấm L=16m (Cắm hết lớp đất yếu)

Sơ đồ bố trí bấc thấm lưới tam giác khoảng cách giữa các bâc thấm L2=2m

Đường kính bấc thấm; d= (a+b)/2

Chiều rộng bấc thấm a=10cm

Chiều dày bấc thấm b=0,3cm

4.2 Dự báo độ lún của nền đất yếu sau khi xử lý bằng bấc thấm:

Độ cố kết của nền đất khi nước thấm 2 phía theo phương thẳng đứng:

U=1-(1-Uv) (1-Uh) Mức độ cố kết theo phương ngang; Uh:

8

1 exp

( )

h h

T U

F n

� �; ( ) 22 ln( ) 3 2 21



e D n d

 Nhân tố thời gian:

2

h h e

C

D

 Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm De=1,05L ( Sơ đồ bố trí PVD tám giác)

Hệ số cố kết theo phương ngang: Ch= 3Cv=3.0,00067=0,002cm2/s

Chiều sâu vùng cắm bấc thấm; H= 1600=800cm

=>Th=0,68 => Uh=0,85

Độ cố kết phương đứng; Uv:

Hệ số cố kết phương đứng:

0

(1 )

z v

tb

K a C



 ; Cv=0,00067cm2/s Chiều sâu vùng cố kết theo phương đứng; h=H/2= 1600/2=800cm

Nhân tố thời gian: 2 0,00067.3.102 8.0,5 0.14

800

v v

C

h

=> Tv=0,45

Độ cố kết: U= 1-(1-Uv) (1-Uh)= 1- (1-0,14) (1-0,85)= 0,917

Vậy độ lún của nền đất sau 6 tháng:

St= U.S= 0,917*1,37=1,26m

Độ lún dư còn lại:

Sd= 1,37-1,26= 0,11m <0,3m => Kết luận độ lún xử lý sau 6 tháng đạt yêu cầu

Tính toán nền đất sau khi xử lý bằng bấc thấm:

Tính toán chiều cao đất đắp:

Chia nền đất đắp thành 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Chiều cao đất đắp 2,5m, đắp bệ phản áp 2,5m, rộng mỗi bên 8m, thời gian

đắp đất 5 ngày, thời gian chờ lún 60 ngày Hệ số an toàn Fs= 1,22

Giai đoạn 2: Chiều cao đất đắp 2,5m; thời gian đắp đất 5 ngày, thời gian chờ lún 110

ngày Hệ số an toàn Fs= 1,35

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 8.2 VÀO PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU

THEO THỜI GIAN.

Số liệu ban đầu:

Nền đất có tổng chiều dày 20m Trên cùng là lớp sét pha dày 1,1m, giữa là lớp Sét yếu dày 16,8m,

và dưới là lớp cát chặt dày 2,1m Mô hình như hình vẽ:

Hình 5: Mặt cắt ngang tính toán

Sơ đồ bài toán được minh họa trong bài toán dưới đây:

Khai báo mô hình bài toán:

Hình 6: Mô hìnhtính toán

Khai báo điều kiện biên:

Sử dụng standaard fixities để khai báo điều kiện biên

Khai báo đặc trưng vật liệu

Bảng 3: Các lớp đất của bài toán được khai báo như sau:

Cát trên

Lơp Bùn sét yếu

Lớp Cát dưới

Mô hình bấc thấm PVD

Đơn vị

Mô hình vật liệu Mô hình Morh

Coulomb

Soft Soil Morh

Coulomb

Morh Coulomb

-Loại tính chất Loại Thoát nước Thoát

nước

Thoát nước

Thoát nước

Mô đun biến dạng Eref 30000 1000 10000 30000 kN/m2

-Chia lưới tính toán:

Hình 7: Mô hình chia lưới phần tử

Khai báo điều kiện ban đầu

Khai báo mực nước ngầm (phreatic level) nằm ngang lớp đất yếu

Hình 8: Khai báo điều kiện ban đầu.

Tính toán áp lực nước lỗ rỗng tĩnh ban đầu (Gernerate water pressure)

Hình 9: Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu

Tính toán áp lực đất hữu hiệu ban đầu ( Gernerate intial stress):

Hình 10: Ứng suất hữu hiệu ban đầu

Bảng 4: Các bước tính toán:

Tên Bước Bắt đầu Tính toán Vào tảitrọng Thời gian Ghi chú

<Phase 1> 1 0 Plastic constructionStaged 0 Cắm bấcthấm

<Phase 2> 3 2 Consolidation constructionStaged 5 ngày

Đắp lớp 1 trong 5 ngày

<Phase 3> 4 3 Consolidatio

n

Staged construction 60

Chờ cố kết

60 ngày

<Phase 4> 5 4 Consolidation constructionStaged 5 ngày Đắp lớp 2trong 5

ngày

<Phase 5> 6 5 Consolidation constructionStaged 110 Chờ cố kết110 ngày

<Phase 6> 7 6 reductionPhi/c Incrementalmultipliers

-Kiểm tra

ổn định đắp lần 1

<Phase 7> 8 7 reductionPhi/c Incrementalmultipliers

-Kiểm tra

ổn định đắp lần 2

<Phase 8> 9 8 reductionPhi/c Incrementalmultipliers

-Kiểm tra

ổn định dài hạn

Kết quả:

HÌNH 11: BIỂU ĐỒ HỆ SỐ AN TOÀN CỦA CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG

(TẠI ĐIỂM C) Giai đoạn 1: Hệ số ổn định: FS=1.33

Giai đoạn 2: Hệ số ổn định: FS=1.35

Giai đoạn khai thác lâu dài: Hệ số ổn định: FS=1.49

BIỂU ĐỒ MẶT TRƯỢT KHI ĐẮP ĐẤT GIAI ĐOẠN 1: HỆ SỐ ỔN ĐINH: FS=1,33

BIỂU ĐỒ MẶT TRƯỢT KHI ĐẮP ĐẤT GIAI ĐOẠN 2: HỆ SỐ ỔN ĐINH: FS=1,35

BIỂU ĐỒ MẶT TRƯỢT LÂU DÀI: HỆ SỐ ỔN ĐINH: FS=1,49

HÌNH 11: BIỂU ĐỒ LÚN THEO THỜI GIAN (TẠI ĐIỂM A.)

Dựa vào biểu đồ lún theo thời gian độ lún tại thời điểm 180 ngày là 1,44m.

HÌNH 12: BIỂU ĐỒ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG THEO THỜI GIAN (TẠI ĐIỂM A)

HÌNH 13: BIỂU ĐỒ PHÂN BỐ ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG SAU KHI CỐ KẾT

SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN:

PHƯƠNG PHÁP TÍNH Độ lún trước xử lý Độ lún sau khi xử lý bằng

bấc thấm

NHẬN XÉT- KIẾN NGHỊ:

- Kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn và sử dụng phần mềm Plaxis V8.2 có sự sai khác nhỏ, sở dĩ có sự sai khác đó là vì:

- Khi tính toán theo tiêu chuẩn 262-2000 phần lớn các công thức giải tích đều dựa trên lời giải gần đúng của Taylor (Approximate solution) về lý thuyết cố kết thấm Terzaghi

- Khi tính toán theo phần mềm Plaxis V8.2 dựa trên trên lời giải phương pháp số (Numerial solution) của lý thuyết cố kết thấm Terzaghi

- Nhóm tác giả kiến nghị: Khi tính toán ổn định nền đất yếu nền kết hợp giữa tiêu chuẩn hiện hành và sử dụng phần mềm tính toán để tăng độ chính xác cho việc tính toán

- Nếu có thời gian nhóm tác giả kiến nghị nên tính toán để tối ưu chiều sâu cắm bấc thấm, tức là không cắm hết chiều sâu vùng đất yếu