"ứng suất; độ lún cho nền đường;

Tính và vẽ biểu đồ ứng suất bản thân và ứng suất phụ thêm trên trục A-A và trục B-B, vẽ biểu đồ ứng suất ,Lập bảng tính độ lún cho nền đường ở các mốc thời gian: 1,2,5,10,20,50 năm và vẽ biểu đồ, Lập bảng tính độ lún cho nền đường ở các mốc thời gian: 1,2,5,10,20,50 năm và vẽ biểu đồ S-t trường hợp H2 như đề bài và so sánh đánh giá kết quả, Tính toán độ lún nền đường, Xác định độ lún ổn định của lớp đất,Lập bảng tính độ lún cho nền khi không sử dụng giếng cát ở các mốc thời gian: 1,2,5,10,20,50 năm và vẽ biểu đồ S-t.Tính toán độ lún nền đường khi không sử dụng giếng cát ở các mốc thời gian,Tính độ lún nền đường ở các mốc thời gian 1, 2, 5, 10, 20, 50 năm xử lý giếng cát: Lập bảng tính và kiểm toán kết cấu tươờng chắn có cốt: 1. Kiểm toán ổn định bên ngoài: 1.1. ổn định trượt trên nền 1.2. ổn định lật trên nền 1.3. Khả năng chịu tải 1.4. ổn định trượt tổng thể 2. Kiểm tra ổn định bên trong 2.1. Tính toán bước cốt 2.2. Chọn thiết kế bước cốt 2.3. Kiểm tra đứt cốt 2.4. Kiểm tra tuột cốt Phương pháp: Sử dụng một trong hai phương pháp: Phương pháp khối nêm cân bằng sau tường hoặc phương pháp lực dính kết.

Bài 1: Tính và vẽ biểu đồ ứng suất bản thân và ứng suất phụ thêm trên trục A-A

và trục B-B cho dạng tải trọng như hình vẽ:

1 Số liệu tính toán tải trọng tác dụng:

Tải trọng tam giác: a = 4.0 m

STT Trạng thái

Chiềudày(m)

3 Tính toán ứng suất bản thân và ứng suất phụ thêm:

3.1 Tính toán ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây nên:

Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây nên tại chiều dày lớp đất thứ ixác định theo công thức:

γiđn:Dung trọng đẩy nổi của lớp đất thứ i

hi: Chiều dày của lớp đất thứ I nằm dưới mực nước ngầmn: Số lớp đất nằm dưới mực nước ngầm

3.2 Tính toán ứng suất phụ thêm:

Ứng suất nén thẳng đứng được tính theo công thức:

Trong đó:

I: Hệ số phụ thuộc vào 2 tỷ số a/z và b/z và được tra theo toán đồ Osterberg

a: Chiều dài phần tải trọng tam giác

b: Chiều dài tải trọng hình chữ nhật

z: Chiều sâu của điểm được xét

It: Hệ số tương ứng với phần tải trọng phía trên trái đường thẳng đứng đó

IP: Hệ số tương ứng với phần tải trọng phía bên phải đường thắng đứng đó

3.3 Tính và vẽ biểu đồ ứng suất trên trục A-A:

Dựa vào công thức trên ta xác định được ứng suất trên trục A-A tại lớp đất thứ itheo bảng sau:

3.4 Tính và vẽ biểu đồ ứng suất trên trục B-B:

Dựa vào công thức trên ta xác định được ứng suất trên trục B-B tại lớp đất thứ itheo bảng sau:

31,61 45,07 59,41 73,23 80,21 87,67 95,49 102,63 110,42 117,64 125,21 132,69

16,73

Biểu đồ ứng suất trên trục A-A và trục B-B

Bài 2: Cho sơ đồ khối đất đắp trên nền như hình vẽ sau:

Trang

1 Số liệu đầu vào các lớp nền đường:

2 Số liệu lớp đất gia tải:

Chiều dày lớp đất gia tải: H2 = 1,85 m

Dung trọng lớp đất gia tải: γ = 19,4 kN/m2

3 Tính toán độ lún nền đường

Trang

3.1 Xác định độ lún ổn định của lớp đất:

Độ lún ổn định cuối cùng của lớp đất được xác định theo công thức:

Trong đó:

a0: Hệ số nén lún tương đối (hay hệ số nén thể tích)

p: Tải trọng bản thân của các lớp đất đắp trên nền đất yếu

h: Chiều dày lớp đất yếu dưới nền đường đắp

3.2 Xác định độ lún của nền đường tại thời điểm t:

Xác định độ lún của nền đường St ở thời gian t bất kỳ được xác định theo công thức:

Kz: Hệ số thấm của đất theo hướng thẳng đứng

3.3 Tính độ lún ở mốc thời gian 1, 2, 5, 10, 20, 50 năm khi H 2 = 0:

Dựa vào các công thức tính trên ta xác định được độ lún của nền đường tạithời điểm t theo bảng sau:

γ a a γ

+

S=a0*p*h; Chiều cao lớp đất sét yếu; S là độ lún cuối cùngTrong đó: p=g*h ; Chiều cao nền đường đắp

Kz= 3,3*10-8*3*107 (Cm/năm)1N =100 g => 1g= 10-2 N

h= Chiều cao lớp đất sét yếut= thời gian( năm)

k c

a γ

=

×

2 2

4

v t

3.6 Nêu ý kiến của nhóm về ý nghĩa thực tiễn của bài toán trên?

Bài toán trên có ý nghĩa thực tiễn rất lớn thể hiện qua việc đánh giá được độ lúncuối cùng của nền đường theo thời gian, trong điều kiện nền đường đắp qua vùng đấtyếu Để từ đó đưa ra các giải pháp làm sao để có được độ lún cuối cùng nhanh nhất vàhiệu quả nhất để có thể rút ngắn thời gian thi công, thời gian chờ lún…., từ đó đưacông trình vào khai thác một cách có hiệu quả

Trang

Bài 3: Cho sơ đồ khối đất đắp trên nền như hình vẽ:

Nêu ý kiến của nhóm về ý nghĩa và tính thực tế của bài toán trên ?

1 Số liệu đầu vào các lớp đắp nền đường:

Chiềudày(m)

Khoảng cách giữa các giếng cát R = 2,4m

Chiều sâu giếng cát Lg= 9,5 m

3 Tính toán độ lún nền đường khi không sử dụng giếng cát ở các mốc thời gian: 3.1 Xác định độ lún ổn định của lớp đất:

Trang

Độ lún ổn định cuối cùng của lớp đất được xác định theo công thức:

Trong đó:

a0: Hệ số nén lún tương đối (hay hệ số nén thể tích)

p: Tải trọng bản thân của các lớp đất đắp trên nền đất yếu

h: Chiều dày lớp đất yếu dưới nền đường đắp

3.2 Xác định độ lún của nền đường tại thời điểm t:

Xác định độ lún của nền đường St ở thời gian t bất kỳ được xác định theo côngthức:

Kz: Hệ số thấm của đất theo hướng thẳng đứng

3.3 Tính độ lún nền đường ở mốc thời gian 1, 2, 5, 10, 20, 50 năm khi H 2 =0:

Dựa vào các công thức tính trên ta xác định được độ lún của nền đường tại thờiđiểm t theo bảng sau:

Trong đó:

a0: Hệ số nén lún tương đối (hay hệ số nén thể tích)

p: Tải trọng bản thân của các lớp đất đắp trên nền đất yếu

h: Chiều dày lớp đất yếu dưới nền đường đắp

4.2 Xác định độ lún của nền đường tại thời điểm t:

Xác định độ lún của nền đường St ở thời gian t bất kỳ được xác định theo côngthức:

Trong đó:

t: Thời điểm tính lún

R: Khoảng cách giữa các giếng cát thoát nước

R0: Bán kính giếng cát

h: Chiều cao lớp nén chặt (chiều sâu giếng cát)

Cr: Hệ số cố kết theo hướng xuyên tâm

Cz: Hệ số cố kết theo hướng trục

Kz: Hệ số thấm của đất theo hướng thẳng đứng

Kr: Hệ số thấm của đất theo hướng xuyên tâm

4.3 Tính độ lún nền đường ở các mốc thời gian 1, 2, 5, 10, 20, 50 năm xử lý giếng cát:

Dựa vào các công thức trên xác định được độ lún của nền đường tại thời điểm ttheo bảng sau:

C

N th

γ a a γ

+

4.4 Vẽ biểu đồ S–t ở mốc thời gian 1,2,5,10,20,50 năm khi có sử dụng giếng cát:

Thời gian Độ lún nền đường St (cm) (năm) Không bố trí giếng cát Có bố trí giếng cát

Yêu cầu: Lập bảng tính và kiểm toán kết cấu tươờng chắn có cốt:

1 Kiểm toán ổn định bên ngoài:

2.4 Kiểm tra tuột cốt

Phương pháp: Sử dụng một trong hai phương pháp: Phương pháp khối nêm cân bằngsau tường hoặc phương pháp lực dính kết

1 Số liệu đầu vào các lớp đất:

2 Số liệu tường chắn và cốt gia cường:

- Chiều cao tường chắn: H= 8,2 m

- Tải trọng tác dụng lên tường chắn: q= 21 kN/m2

- Chiều dài cốt gia cường: L = 5,74 m

- Hệ số ma sát giữa khối đất và mặt nền: µ =0,85

- Hệ số: Kaw = 0,36

- Hệ số: Kab = 0,31

3 Số liệu cốt gia cường:

Lựa chọn loại cốt gia cường cho tường chắn là loại cốt TR110 có các thông số sau:

- Cường độ chịu kéo cho phép: Ta =110 kN/m

Trang 13

- Hệ số an toàn: Kd = 1,5

4 Kiểm toán kết cấu tường chắn

Sử dụng phương pháp tính toán khối nêm cân bằng sau lưng tường chắn với lý thuyết

cơ bản: Kết cấu tường chắn đất có cốt được xây dựng bởi các lớp cốt nằm ngang đặttrong đất, bước cốt theo phương thẳng đứng được giữ là hằng số hoặc có thể dày hơn ởnơi chịu ứng suất lớn

4.1 Kiểm tra ổn định bên ngoài:

Sơ đồ tính toán ổn định bên ngoài như hình vẽ:

4.1.1 Kiểm tra ổn định trượt trên nền:

Dưới tác dụng của các lực trên, khối tường chắn đất có cốt có khả năng bị trượttrên mặt nền Hệ số an toàn được xác định như sau:

Trong đó:

∑PR: Tổng lực ngang chống trượt của tường chắn trên mặt nền

∑Pd: Tổng lực ngang gây trượt của tường chắn trên mặt nền

Ta có:

Trong dó:

µ: Hệ số ma sát giữa khối đất có cốt và mặt nền

γw : Dung trọng của lớp đất đắp sau tường

γw : Dung trọng của lớp đất cho tường

quanh điểm chân tường, phía trước mặt tường Hệ số an toàn xác định theo công thức

Kết luận: Fs = 3,70 > 2 Tường chắn đảm bảo điều kiện ổn định lật trên nền

4.1.3 Kiểm tra ổn định về khả năng chịu tải:

Khi ở trạng thái làm việc, khối đất cốt có thể bị nghiêng đi do nền đất dưới đáykhối đất cốt bị phá hoại, gây biến dạng dẻo và lún lớn Khi tính toán và kiểm tra vềkhả năng chịu tải của nền người ta lấy ứng suất cho phép bằng một nửa khả năng chịutải cực hạn của nền, với điều kiện này đảm bảo thì kết quả độ lún có thể đảm bảo chotường chắn ổn định trong thời gian khai thác ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất tác dụnglên nền xác định theo công thức:

Trong đó:

qult: Khả năng chịu tải cực hạn của nền theo Terzaghi.

c: Lực dính của lớp đất nền dưới chân tường = 11,8 kN/m2

γ: Dung trọng tự nhiên của đất nền dươới chân tường = 18,9 kN/m3

h: Chiều cao tường chắn = 8,2 m

b: Chiều rộng bố trí cốt gia cường = 5,74 m

Nc, Nq, Nγ: Hệ số sức chịu tảI phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất ngay tạiđáy móng Tra biểu đồ :

Kết luận: Tường chắn không đảm bảo điều kiện ổn định về khả năng chịu tải

4.1.4 Kiểm tra ổn định về trượt tổng thể:

Do trọng lượng bản thân của tường và tải trọng ngoài làm cho tường có khảnăng trượt tổng thể trên cung trượt trụ tròn Để kiểm tra ổn định trong trường hợp này

ta có thể dùng các phương pháp kiểm toán ổn định trượt theo cung trượt hình trụ tròn

Hệ số an toàn trượt lấy tối thiểu bằng 1,5

4.2 Kiểm tra ổn định bên trong:

4.2.1 Tính toán bước cốt:

a Xác định lực kéo lớn nhất tác dụng lên hệ geotextile (Tk):

Lực kéo lớn nhất tác dụng lên cốt xác định theo công thức:

Trong đó:

γ: Dung trọng của đất đắp cho tường chắn = 19,7 KN/m3

H: Chiều cao tường chắn = 8,2 m

Kk: Hệ số áp lực đất tác dụng lên mái dốc, được xác định:

b Tính toán số lớp cốt tối thiểu bố trí trong tường chắn và khoảng cách lớn nhât giữa các lớp cốt:

Số lớp cốt bố trí và khoảng cách giữa các lớp cốt được xác định như sau:

- Số lượng lớp cốt bố trí trong khối đất đắp sau tường xác định theo công thức:

Vậy chọn N = 3 lớp

Trong đó:

Tmax: Lực kéo lớn nhất tác dụng lên hệ

Ta: Cường độ chịu kéo cho phép của loại cốt gia cường

Kd: Hệ số an toàn

- Khoảng cách giữa các lớp cốt xác định theo công thức:

Từ kết quả tính toán trên, kết hợp với chiều dày từng lớp đất được lu lèn ta lựachọn như sau:

- Dự kiến chiều dày lớp đất đắp: 0,25 m

- Số lượng lớp đất đắp: 32,8 lớp

Chọn N = 33 lớp

4.2.2 Kiểm tra khả năng đứt cốt:

Lực căng trong cốt T trên mỗi mét rộng của cốt mềm ở độ sâu hi trong trườnghợp chỉ do trọng lượng bản thân và lực phân bố đều q tác dụng đơợc xác định bởi côngthức

bền thiết kế an toàn của vật liệu làm cốt Tcp Độ bền thiết kế an toàn của vật liệu làmcốt Tcp được nhận là 40% độ bền chịu kéo đứt của vật liệu.

Tcp = 40% x 110= 44 kN/m

Mà T ia = 28,666 KN/m < 44 kN/m

Kết luận: Các lớp cốt đảm bảo khả năng chịu lực, không có khả năng đứt cốt

4.2.3 Kiểm tra khả năng tuột cốt:

Trong trường hợp này, ta nghiên cứu khả năng bị tách ra của khối nêm đượcgiới hạn bởi mặt trước của tường chắn, mặt trên của tường và mặt trượt phá hoại có thểxảy ra Việc tính toán dựa trên các giả thiết sau:

- Nêm đất ứng xử như một khối rắn tuyệt đối

- Không kể đến ma sát giữa mặt tường

Trường hợp tường chắn chỉ chịu tải trọng phân bố đều ta có:

- Tổng lực kéo trong các cốt có mặt phẳng trượt đi qua được tính theo công thứcsau:

s

2 .L (γ h q)T

F

=

Kết luận: Công trình ổn định, không có khả năng đứt cốt

Bài 5: Tính toán và bố trí sơ đồ kỹ thuật cho mái dốc như sơ đồ sau:

Trang 19

Yêu cầu: Lập bảng tính excel, tính toán và bố trí cốt cho mái dốc:

1 Xác định góc nội ma sát có hiệu:

2 Xác định chiều cao tương đương của mái dốc

3 Xác định lực kéo lớn nhất tác dụng lên cốt Tmax

4 Tính toán cường độ dài hạn của cốt LTDS

5 Tính số lớp cốt N

6 Tính khoảng cách giữa các lớp cốt Sv

7 Vẽ hình bố trí cốt cho kết quả tính toán

8 Nêu ý kiến của nhóm về ý nghĩa thực tế của bài toán?

1 Số liệu đầu vào mái dốc:

Chiều cao tương đương của mái dốc xác định theo công thức:

Trong đó:

q: Tải trọng phân bố đều trên mái dốc

γ: Dung trọng của đất mái dốc

H: Chiều cao mái dốc

γ: Dung trọng của đất mái dốc

H': Chiều cao tương đương mái dốc

Xác định chiều dài (LT ) và chiều dài mái dốc (LB) từ biểu đồ:

LB/H’=1,2418 LB=1,2418 x 6,65=8,26 m

LB/H’=0,8841  LB=0,8841 x 6,65=5,88 m

3.4 Tính toán cường độ dài hạn của cốt LTDS:

Để xác định loại cốt hợp lý, ta tính toán cường độ dài hạn của cốt theo côngthức:

Trong đó:

Tult: Cường độ chịu kéo cực hạn của cốt theo ASTM D6637; Tult =90 KN/m

RFCR: Hệ số suy giảm cường độ do từ biến, RFCR = 1,6

RFID: Hệ số suy giảm cường độ do tác động khi thi công, RFID =1,1

3.5 Tính toán số lớp cốt bố trí trong mái dốc và khoảng cách giữa các lớp cốt:

- Số lượng lớp cốt bố trí trong mái dốc xác định theo công thức:

4 Nêu ý kiến của nhóm về ý nghĩa thực tế của bài toán?

- Tăng khả năng chịu tải trọng và sự ổn định cho nền đường, công trình

Bài 6: Tính toán sức chịu tải của cọc theo 4 phương pháp khác nhau và so sánh kết quả theo số liệu địa chất như sau:

trên cơ sở các tiêu chuẩn TCVN 10304-2014 và 22TCN 272-05?

2 Tự lựa chọn chiều dài cọc để đảm bảo đủ sức chịu tải cho cọc với hệ số an toànnhư trên?

3 Vẽ biểu đồ so sánh sức kháng mũi và kháng bên của các phương pháp tính vànhận xét kết quả?

Bài làm:

1 Cơ sở lý thuyết tính toán

1.1 Các tiêu chuẩn ngành được áp dụng:

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05;

- Chỉ dẫn thiết kế cầu AASHTO LRFD, 2007;

- Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN-10304:2014

1.2 Các phương pháp tính toán:

1.2.1 Các phương pháp theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05:

Sức chịu tải của cọc được xác định theo công thức tồng quát sau:

+ η : Hệ số hữu hiệu do cọc làm việc theo nhóm

+ ϕs: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong bảng 10.5.5-3 dùngcho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sứckháng thân cọc

+ φ: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong bảng10.5.5-3 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũicọc và sức kháng thân cọc

+ qp = sức kháng đơn vị mũi cọc (mpa)

+ qs = sức kháng đơn vị thân cọc (mpa)

+ A = diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

+ Ap = diện tích mũi cọc (mm2)

Để xác định Tổng sức kháng thành bên và sức kháng mũi cọc có thể tóm tắt theo bảng sau:

Trang 23

Trang 1

1.2.2 Các phương pháp tính toán theo Móng cọc-Tiêu chuẩn thiết kế 10304:2014

TCVN-Sức chịu tải của cọc được xác định theo công thức tồng quát sau:

R c,u = q b A b + u∑f i l i

Trong đó:

+ qb : là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc:

+ Ab : là diện tích tiết diện ngang mũi cọc;

+ u : là chu vi tiết diện ngang cọc;

+ fi : là cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ “i” trênthân cọc

+ li : là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ ”i”

Cách xác định cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb và cường độ sứckháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc fi theo một số phương pháp đượctrình bày dưới đây:

1.2.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền:

- Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định theo công thức:

qb = (c N’c + q’γ ,p N’q ) Ab

Trong đó:

N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc;

q’γ,p là áp lực hiệu quả lớp phủ tại cao trình mũi cọc (có trị số bằngứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc)

+ Cường độ sức kháng của đất dính thuần tuý không thoát nước dưới mũi cọc:

Nếu chiều sâu mũi cọc lớn hơn ZL thì lấy giá tri q’γ ,p bằng áp lực lớp phủ tại

độ sâu ZL Có thể xác định các giá trị ZL và hệ số k và N’q trong Bảng G.1, được tríchdẫn từ tiêu chuẩn AS 2159-1978

- Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc f i có thể xác định như sau:

+ Đối với đất dính cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đấtthứ i có thể xác định theo phương pháp ỏ, theo đó fi được xác định theo công thức:

fi = α cu,i

trong đó:

cu,i là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ “i”;

α là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc vàphương pháp hạ cọc, cố kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định

cu Khi không đầy đủ những thông tin này có thể tra α trên biểu đồ Hình G.1 (theo Phụlục A của tiêu chuẩn AS 2159 -1978)

+ Đối với đất rời, cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất cátthứ “i”:

i z v i

i k tg

f = σ', δ

Trang

Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL , f i =kσ'v,z

Trên đoạn cọc có độ sâu bằng và lớn hơn ZL , f i =kσ'v,zL

1.2.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

1.2.2.2.1 Công thức của Meyerhof:

- Đối với trường hợp nền đất rời Meyerhof (1976) kiến nghị công thức xác địnhcường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb và cường độ sức kháng của đất ở trênthân cọc fi trực tiếp từ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn như sau:

NP là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọc;

k2 là hệ số lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và 1,0 cho cọc khoan nhồi;

u là chu vi tiết diện ngang cọc;

h là chiều sâu hạ cọc;

Ns,i là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc

1.2.2.2.2 Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988)

Sức chịu tải cực hạn của cọc được viết lại dưới dạng:

R c,u = q b A b + u∑(f c,i l c,i + f s,i l s,i )

trong đó:

qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:

Khi mũi cọc nằm trong đất rời qb = 300 Np cho cọc đóng (ép) và qb = 150 Npcho cọc khoan nhồi

Khi mũi cọc nằm trong đất dính qb = 9.cu cho cọc đóng và qb = 6.cu cho cọckhoan nhồi

Đối với cọc khoan nhồi, cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đấtrời thứ i tính theo công thức:

3

10 ,

,

i s i