" 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

TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Bảng phân công nhiệm vụ thực đề tài: STT NHIỆM VỤ THỰC HIỆN Tìm kiếm số liệu đề tài, xử lý số liệu, lựa chọn mặt cắt ngang tính tốn Đánh giá kết luận Tính tốn ổn định, độ lún đất ban đầu chưa xử lý Đề xuất phương pháp xử lý đất yếu So sánh ưu nhược điểm phương pháp, đề xuất phương pháp thiết kế Tính tốn ổn định độ lún đất sau xử lý, Ứng dụng phần mềm tính tốn 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: Giới thiệu dự án 2 Số liệu địa chất Nội dung tính tốn 3.1 u cầu tính tốn 3.2 Dự báo độ lún, độ ổn định đường trước xử lý .4 3.3 Tính tốn độ lún theo thời gian: .6 3.4 Nhận xét kiến nghị đề xuất phương án xử lý: Tính tốn lún ổn định sau tháng xử lý: 4.1 Bố trí bấc thấm 4.2 Dự báo độ lún đất yếu sau xử lý bấc thấm: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS V8.2 VÀO PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU THEO THỜI GIAN 10 GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Giới thiệu dự án Hinh 1: Vị trị dứ án đường Nguyễn Tất Thành nối dài C«ng trình đờng nối từ đờng Nguyễn Tất Thành đến khu đô thị Thuỷ Tú có điểm đầu đờng Quốc lộ 1A (cuối đờng Nguyễn Tất Thành) Điểm cuối dự án dự kiến Km7 thuộc đờng tránh Hải Vân Tuý Loan Tuyến đờng chủ yếu băng qua đoạn ruộng lúa nớc, số đoạn qua nhà dân qua vờn hoa màu Cấu trúc địa chất đoạn chủ yếu thành tạo đất có nguồn gốc bồi tích sông Cu Đê trầm tÝch biÓn bao gåm: Bïn sÐt pha, sÐt, sÐt pha, cát, cát pha, cuội sỏi sạn nằm phủ đất tàn tích đá loại phiến sét Loi ng phố: Đường trục thứ yếu Cấp kỹ thuật: 60 Độ dốc dọc lớn nhất: Idmax=6% Bề rộng đường: (5+7,5+8+7,5+5)=33m GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Hình 2: Mắt cắt ngang đại diện Số liệu địa chất Cắt dọc địa chất đoạn đường xử lý KM 0+943 đến KM 1+005m Cấu tạo địa chất điển hình mặt cắt vị trí bao gồm lớp Sét pha màu xám xanh với chiều dày trung bình khoảng 16m Bên lớp sét pha cát hạt nhỏ chặt vừa có chiều dày 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 tải trọng đất đắp phân bố h=0,75m Hình 3: Mắt cắt ngang tính tốn GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Bảng 1: Tổng hợp tiêu lớp đất sau: BẢNG CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Bùn Sét (E1) Cát nhỏ (H1) Độ ẩm tự nhiên W % 48.57  Dung trọng tự nhiên kN/m 16.900 18.60 Dung trọng bão hòa s kN/m3 17.1 đn kN/m3 20 Dung trọng đẩy Tỷ trọng Giới hạn chảy Giới hạn dẻo Độ bão hòa Độ sệt Hệ số rỗng tự nhiên Góc ma sát D LI LP Sr B e0 uu % % % 7.2 2.69 42.56 27.26 95.7 độ 1.364 13 0.69 30 Lực dính Hệ số cố kết Cuu Cv kN/m2 cm/s (x10^-3) 16 0.67 16 Mô đun biến dạng E0 kN/m2 650 10000 Hệ số thấm Chỉ số nén Chỉ số nở Kz Cc Cs m/day 0.4.10-4 0.43 0.054 0.5 Áp lực tiền cố kết Pc kN/m2 41 2.65 Nội dung tính tốn 3.1 u cầu tính tốn Độ lún dư, tốc độ lún: Theo quy trình khảo sát thiết kế đất đắp đất yếu 22TCN 262 -2000 độ lún lại (S) trục tim đường cấp 60Km/h Có tầng mặt cấp cao A1 sau hòan thành cơng trình đảm bảo yêu cầu sau: - Đoạn đường đắp thơng thường S40cm - Đoạn đường có cống dân sinh chui S30cm - Đoạn đường gần mố cầu S20cm GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 3.2 Dự báo độ lún đường trước xử lý Độ lún đất: S= Se+ Sc + Si Se  Tính tốn độ lún tức thời: P.B.I (1  u2 ) Eu Trong đó: P- cường độ áp lực gây lún đáy móng B- bề rộng trung bình đường I- hệ số phụ thuộc vào hình dạng, độ cứng móng hệ số nở hơng đất đáy móng u- hệ số nở hơng khơng nước Eu- mơ đun đàn hồi khơng nước đất xác định thí nghiệm trục (Oedometer) Độ lún tức thời: Thơng số Ký hiệu  Hệ số nở hông Mô đun đàn hồi khơng nước E Hệ số ảnh hưởng hình dạng móng I Ứng suất gây lún P Bề rộng đường B Độ lún tức thời: S Giá trị 0.35 650 126 40.5 0.1701 Đơn vị kN/m2 m m Dự báo độ lún cố kết: Trường hợp ứng suất hữu hiệu lớn áp lực tiền cố kết nên độ lún cố kết tính theo cơng thức sau: Sc  �i 1 n Hi  eoi � i  z'i   vi � Cc lg � �  z' i � � Trong đó: Sc- độ lún cố kết sơ cấp Hi chiều dày lớp đất phân tố e0i- hệ số rỗng ban đầu lớp đất thí i Cc- số nén lớp đất thứ i GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT zi- ứng suất hữu hiệu đất vi- ứng suất tải trọng gây Lớp Chiều dày (m) Bùn Sét (E1) 16 Tính tốn độ lún cố kết ban đầu: 'v0 'vm 'v0+  Hi 2 m) (kN/m ) (kN/m ) (kN/m2) 36 41 165.5 72 41 201.5 115.2 41 244.7 Độ lún tổng Cr 0.054 0.054 0.054 Ứng suất phụ thêm tải trọng gây ra: Ứng suất so tải trọng gây ra: =2.I.p a/z b/z I 1.5 3.3 0.5 129.5 1.5 3.3 0.5 129.5 1.25 2.75 0.5 129.5 z 5 3.3 Tính tốn độ lún theo thời gian: Độ cố kết đất nước thấm 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: Tv  Cv t h2 K a z Hệ số cố kết phương đứng: Cv  (1  e ). ; Cv=0,00067cm2/s tb Chiều sâu vùng tính lún h=H/2= 1600/2=800cm Thời gian tắt lún: t=27 năm GVHD: PGS TS Trang Cc 0.430 0.430 0.430 Si(m) 0.6 0.41 0.36 1.37 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Tính tốn độ lún theo thời gian: Để đạt độ cố kết: 90% Ut 0.9 Nhân tố thời gian Hệ số cố kết Chiều sâu đất yếu Thời gian để tắt lún Tv= Cv.t/h2 Cv h t 0.848 0.00067 800 27 % cm/s m năm 3.4 Nhận xét kiến nghị đề xuất phương án xử lý: Nền đất yếu có chiều dày 16,0m, để đạt độ cố kết yêu cầu 90%, phải hết 27 năm Do thời gian xây dựng cơng trình u cầu tháng nên phải sử dụng biện pháp xử lý đất yếu để đẩy nhanh q trình nước Đề xuất 03 phương án xử lý 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 phương án: Phương án Ưu điểm Nhược điểm Xử lý bấc thấm kết hợp gia tải trước - Làm tăng khả thoát nước đất yếu - Khả thoát nước áp lực xô ngang lớn - Công nghệ thi công cắm bấc thấm nhanh, đơn giản giếng cát - Giá thành rẻ phương án khác Xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước GVHD: PGS TS - Giếng cát vừa có tác dụng - Thời gian thi cơng chậm nước vừa có tác dụng làm phương án chặt đất xung quanh, dẫn đến - Yêu cầu khối lượng cát lớn tăng sức chịu tải đất yếu Trang TIỂU LUẬN Xử lý cọc đá dăm XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT - Cọc đá dăm vừa có tác dụng nước vừa có tác dụng làm chặt đất xung quanh, dẫn đến tăng sức chịu tải đất yếu - Thời gian thi công chậm phương án - Yêu cầu khối lượng đá dăm lớn - Chi phí xây dựng cao phương án Kiến nghị: Từ bảng so sánh ưu nhược điểm trên, nhóm tác giả kiến nghị chọn phương án 01( Phương án xử lý bấc thấm kết hợp gia tải trước) để xử lý đất yếu đường Tính tốn đô lún ổn định sau 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 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 đất yếu sau xử lý bấc thấm: GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Độ cố kết đất nước thấm phía theo phương thẳng đứng: U=1-(1-Uv) (1-Uh) Mức độ cố kết theo phương ngang; Uh: �8T � D n2 3n  U h   exp � h �; F (n)  ln(n)  ; n e d n 1 4n �F (n) � Nhân tố thời gian: Th  Ch t De Đường kính ảnh hưởng 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: K a z Hệ số cố kết phương đứng: Cv  (1  e ). ; Cv=0,00067cm2/s tb Chiều sâu vùng cố kết theo phương đứng; h=H/2= 1600/2=800cm Cv 0, 00067.3.108 0,5  0.14 Nhân tố thời gian: Tv  t  h 8002 => Tv=0,45 Độ cố kết: U= 1-(1-Uv) (1-Uh)= 1- (1-0,14) (1-0,85)= 0,917 Vậy độ lún đất sau tháng: St= U.S= 0,917*1,37=1,26m Độ lún dư lại: Sd= 1,37-1,26= 0,11m Kết luận độ lún xử lý sau tháng đạt yêu cầu GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Tính tốn đất sau xử lý bấc thấm: Độ cố kết U=1-(1-Uv) (1-Uh) Độ cố kết theo phương đứng: Uv Hệ số cố kết theo phương đứng Nhân tố thời gian Độ cố kết theo phương ngang Uh: Hệ số cố kết theo phương ngang U Uv Cv Tv Uh Ch=3Cv Nhân tố thời gian Tỷ số khoản cách De - đường kính đới ảnh hưởng bấc thấm: d- Đường kính bấc thấm Chiều rộng bấc thấm Bề dày bấc thấm chiều dài bấc thấm khoảng cách bấc thấm Thời gian xử lý Độ lún sau tháng xử lý: Độ lún dư lại Th=Ch.t/De2 n=De/d De=1,05L d=(a+b)/2 a b L L2 t S Sr 0.9175 0.45 0.00067 0.16 0.85 0.00201 0.68 40.78 2.1 5.15 10 0.3 14 0.5 1.26 0.11 cm/s cm/s m cm cm cm m m năm m m Tính tốn chiều cao đất đắp: Chia đất đắp thành giai đoạn: Giai đoạn 1: Chiều cao đất đắp 2,5m, đắp bệ phản áp 2,5m, rộng bên 8m, thời gian đắp đất 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 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 lớp sét pha dày 1,1m, lớp Sét yếu dày 16,8m, lớp cát chặt dày 2,1m Mơ hình vẽ: GVHD: PGS TS Trang 10 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Hình 5: Mặt cắt ngang tính tốn Sơ đồ toán minh họa toán đây: Khai báo mơ hình tốn: Hình 6: Mơ hìnhtính toán Khai báo điều kiện biên: Sử dụng standaard fixities để khai báo điều kiện biên Khai báo đặc trưng vật liệu GVHD: PGS TS Trang 11 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Bảng 3: Các lớp đất toán khai báo sau: Các tham số Tên Lớp Mơ hình bấc thấm PVD Đơn vị Cát Lơp Bùn Lớp sét yếu Cát Soft Soil Morh Coulomb Morh Coulomb - Mô hình vật liệu Mơ hình Morh Coulomb Loại tính chất Loại Thoát nước Thoát nước Thoát nước Thoát nước - Trọng lượng khô dry 18 16,9 18.6 18 kN/m3 Trọng lượng ướt sat 20 17,1 19,9 20 kN/m3 Thấm ngang Kh 0,5 0,4.10-4 0,5 0,5 m/day Thấm đứng Kv 0,5 0,4.10-4 0,5 0,5 m/day Mô đun biến dạng Eref 30000 1000 10000 30000 kN/m2 Hệ số poisson  0.2 0.35 0.2 0.25 - Lực dính C 2,0 16 2,0 2,0 kN/m2 Góc ma sát  30,0 13 30,0 30,0 Độ Hệ số rỗng ban đầu eo 0,65 1,36 0,69 0,65 - Chỉ số nén Cc 0.043 - Chỉ số nở Cr 0.052 - Chia lưới tính tốn: GVHD: PGS TS Trang 12 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Hình 7: Mơ 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 tốn áp lực nước lỗ rỗng tĩnh ban đầu (Gernerate water pressure) GVHD: PGS TS Trang 13 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Hình 9: Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu Tính tốn áp lực đất hữu hiệu ban đầu ( Gernerate intial stress): Hình 10: Ứng suất hữu hiệu ban đầu Bảng 4: Các bước tính tốn: Vào tải trọng Staged construction Tên Bước Bắt đầu Tính tốn Thời gian Plastic Consolidatio n Staged construction ngày Consolidatio n Staged construction 60 Consolidatio n Staged construction ngày Consolidatio n Staged construction 110 Phi/c reduction Incremental multipliers - Phi/c reduction Incremental multipliers - Phi/c reduction Incremental multipliers - Ghi Cắm bấc thấm Đắp lớp ngày Chờ cố kết 60 ngày Đắp lớp ngày Chờ cố kết 110 ngày Kiểm tra ổn định đắp lần Kiểm tra ổn định đắp lần Kiểm tra ổn định dài hạn Kết quả: GVHD: PGS TS Trang 14 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT HÌNH 11: BIỂU ĐỒ HỆ SỐ AN TỒN 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 GVHD: PGS TS Trang 15 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 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.) GVHD: PGS TS Trang 16 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Dựa vào biểu đồ lún theo thời gian độ lún thời điểm 180 ngày 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 TỐN: PHƯƠNG PHÁP TÍNH Độ lún trước xử lý Độ lún sau xử lý bấc thấm Tính thủ cơng 1,37m 1,26m Tính phần mềm Plaxis 1,41m 1,37m NHẬN XÉT- KIẾN NGHỊ: GVHD: PGS TS Trang 17 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT - Kết tính tốn độ lún theo tiêu chuẩn sử dụng phần mềm Plaxis V8.2 có sai khác nhỏ, có sai khác vì: - Khi tính tốn theo tiêu chuẩn 262-2000 phần lớn cơng thức giải tích dựa lời giải gần Taylor (Approximate solution) lý thuyết cố kết thấm Terzaghi - Khi tính tốn theo phần mềm Plaxis V8.2 dựa trên lời giải phương pháp số (Numerial solution) lý thuyết cố kết thấm Terzaghi - Nhóm tác giả kiến nghị: Khi tính tốn ổn định đất yếu kết hợp tiêu chuẩn hành sử dụng phần mềm tính tốn để tăng độ xác cho việc tính tốn - Nếu có thời gian nhóm tác giả kiến nghị nên tính tốn để tối ưu chiều sâu cắm bấc thấm, tức không cắm hết chiều sâu vùng đất yếu GVHD: PGS TS Trang 18 ... cố kết 110 ngày Kiểm tra ổn định đắp lần Kiểm tra ổn định đắp lần Kiểm tra ổn định dài hạn Kết quả: GVHD: PGS TS Trang 14 TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT HÌNH 11: BIỂU ĐỒ HỆ... XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Hình 7: Mơ 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. .. tính tốn GVHD: PGS TS Trang TIỂU LUẬN XD NỀN ĐƯỜNG TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Bảng 1: Tổng hợp tiêu lớp đất sau: BẢNG CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT NỀN ĐƯỜNG Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Bùn Sét