Nền đường sắt tốc độ cao

Nguyên lý động lực học đường sắt trọng tải lớn, tốc độ cao Bài Sơ lược phát triển đường sắt cao tốc giới - Năm 1964, Nhật Bản cho đời tuyến đường sắt cao tốc giới: Xin-can-xen Đông hải đạo - Năm 1981, Pháp xây dựng tuyến cao tốc TGV Đông-Nam: V= 270km/h - Sau xây dựng tuyến TGV Đại Tây Dương: V = 300km/h - Năm 1990 lập kỉ lục tốc độ chạy tàu: 515,3km/h - Về vận tải hàng hãa, mét sè n­íc nh­ Mü, Canada, Australia, Nam phi tình hình nước phát triển cách thích hợp việc vận tải tải trọng lớn, giảm giá thành vận tải, tăng mạnh sức cạnh tranh - Từ năm 80, Trung Quốc xây dựng tuyến đường sắt chuyên chở nặng - tuyến Đại Tần - thông qua việc cải tạo đường, đổi toa xe thiết bị tín hiệu - Năm 1994 Trung Quốc xây dựng thành công tuyến đường sắt đạt tiêu chuẩn chạy tàu cao tốc đầu tiên: tuyến Quảng Châu-Thâm Quyến: V = 160km/h - Năm 1998, việc vận dụng đoàn tàu có toa có khả dịch chuyển góc độ định quanh trục thẳng đứng (kiểu lắc) đưa vận tốc chạy tàu tới 200km/h - Năm 1999, Trung Quốc khởi công xây dựng tuyến Tần-Thẩm có tốc độ thiết kế 200km/h chuyên dùng để phục vụ việc vận chuyển hành khách Việc phát triển tuyến chạy tàu nặng, chạy tàu tốc độ cao làm thay đổi sâu sắc quan niệm truyền thống thiết kế, thi công công trình cố định, đồng thời đặt nhiều thách thức Đối với công trình đường, nội dung thể chỗ: 1- Thay đổi hoàn toàn mô hình kết cấu truyền thống đường ray - đá - đường (đất) Phần đường phát triển thành hệ thống kết cấu nhiều lớp - có trọng đến tác dụng hệ thống đoàn tàu ~ đường lên đường 2- Trong thiết kế đường, yêu cầu thoả mãn điều kiện cường độ, bắt buộc phải khống chế mức biến dạng 3- Phương pháp thiết kế đường phát triển từ chỗ đơn phân tích tải tĩnh tới chỗ xem xét tác dụng động lực tải trọng đoàn tàu - tức bước đầu tiếp cận vấn đề phương pháp thiết kế động lực đường Bài Tác dụng động tải trọng đoàn tàu lớp mặt đường 2.1.ứng suất động lớp mặt đường - Lớp mặt đường có tác dụng đỡ - truyền dưới, lớp chịu lực - đỡ tải kết cấu đường - Mức độ tác dụng động lực tải trọng đoàn tàu với lớp mặt đường biểu thị ứng suất động lớp mặt đường Hình H2-1: Khi tải trọng bánh xe từ xa tiến gần đến điểm đo, ứng suất động lớp mặt đường tăng dần, hai bánh xe đến phía điểm đo - ứng suất động đạt tới giá trị cực đại (đỉnh nhọn hình vẽ), tiếp bánh xe chuyển động xa dần điểm đo - ứng suất Hình 2-1 Hình dạng sóng động giảm dần ứng suất động đo mặt đường Từ thấy rõ tác dụng bánh xe lớp mặt đường bao gồm trình tăng tải trình giảm tải, tức mặt đường chịu động lực trùng lặp tải trọng bánh xe Số lượng trùng lặp số trục bánh xe qua điểm đo Tuyến đường có vận lượng cao số lần xuất tác dụng trùng lặp lớn Trong hình H2-1, sau bánh xe thứ giá chuyển hướng chạy qua, ứng suất động lớp mặt đường giảm đến mức định, chưa phải không, lại bắt đầu tăng lên tác dụng giá chuyển hướng tiến dần đến ®iĨm ®o A NÕu lÊy P t­¬ng øng víi ®Ønh cao sóng P tương ứng với đỉnh thấp sóng Ta có: P/P tỉ số giảm tải Nếu P/P tương đối nhỏ giá chuyển hướng tương đương với hai lần tăng giảm tải lớp mặt đường, P/P tiếp cận (số không) nhỏ nơi trạng thái lớp mặt đường (như bị đọng nước, mềm yếu, phọt bùn) phát sinh tượng bơm rõ rệt, khiến cho tình trạng mặt đường Hình 2-2 Đặc điểm phân bố ứng suất động thêm xấu Nếu P/P tiếp cận 1, giá chuyển hướng tương đương với lần tăng tải, số lần trùng (phi) lặp tải trọng đoàn tàu lớp mặt đường giảm nửa, kéo dài chu kì tu bảo dưỡng đường Trị số P/P có quan hệ với số trục khoảng cách trục đầu máy toa xe mà liên quan mật thiết với kết cấu đường độ cứng đá, mặt đường, loại hình ray, tà vẹt Hình 2-2(a), (b) hình dạng sóng ứng suất động lớp mặt đường tác dụng hai loại hình đầu máy, hình đó, C hệ số đàn hồi đá, thấy rõ hệ số đàn hồi đá lớn P/P nhỏ Rõ ràng thiết kế hợp lý loại tham số hệ thống đầu máy, toa xe, kết cấu ray có lợi mặt phân bố ứng suất động lớp mặt đường Điều cần phải ý hệ số đá có ảnh hưởng đến nhiều mặt trị số ứng suất động lớp mặt đường, độ biến dạng đàn hồi, biến dạng vĩnh cửu, tính ổn định đoàn tàu nên hệ số đá nhỏ tốt mà phải có lựa chọn hợp lý hệ số đá, xuất phát từ góc độ xem xét kết hợp vấn đề kết cấu đường với vấn đề toa xe 2.2 Trị số ứng suất động lớp mặt đường độ dày lớp mặt đường Dùng trị số đỉnh hình dạng sóng ứng suất động để biểu thị trị số ứng suất động lớp mặt đường Hình H2-3 tổng hợp số kết đo ứng suất ®éng ë líp mỈt nỊn ®­êng cđa mét sè n­íc giới Tuy điều kiện đo nơi không hoàn toàn giống dễ dàng nhận thấy nói chung ứng suất động bề mặt đường thường tập trung phạm vi 50-70kPa, trị số lớn đạt 110kPa Trị số ứng suất động chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố: loại hình toa xe, tốc độ chạy tàu, loại kết cấu đường, trạng thái không êm thuận đường (tham khảo H2-3) Nhật Bản đo ứng suất động lớp mặt đường với điều kiện tải trọng trục tốc độ chạy tàu khác (Hình 2-4), từ đến kết luận: Thông thường, tải trọng bánh xe truyền xuống cho tà vẹt chịu theo tỉ lệ 10%, 20%, 40%, 20% 10% Hình 2-3 Trị số đo ứng suất động lớp mặt đường độ suy giảm theo chiều thẳng đứng Hình 2-4 Quan hệ ứng suất động lớp mặt đường tốc độ chạy tàu Dựa vào sở nêu trên, người ta xây dựng công thức thực nghiệm để tính ứng suất động lớp mặt đường sau: - Đường sắt thường: d = .PS (1 + 0,5V/100)/A (2.1) -Đường sắt cao tốc: σd = α.PS (1 + 0,3V/100)/A (2.2) Trong ®ã: PS : T¶i träng tÜnh cđa trơc (kN) V : Tèc độ chạy tàu (km/h), V > 300 tính víi V = 300 A : 1/2 diƯn tÝch ph©n bố lực nén đá - Phương pháp tính xem H2-5 : Hệ số phân bố lực tà vẹt, = 0,4 Dưới tác động tải trọng động, dao động đường phát sinh khắc phục sức cản đất ®­êng ®ång thêi øng suÊt ®éng sÏ khuÕch t¸n theo độ tăng chiều sâu, ứng suất động giảm dần theo tăng chiều sâu (H2-3) Hình 2-5 Sự phân tải phân bố lực nén đá Nói chung, phạm vi 0,6m mặt đường, ứng suất động nói chung suy giảm nhanh Kết đo trường Đại học giao thông Tây Nam cho biết chiều sâu 0,6m bề mặt đường, ứng suất động 40% trị số mặt đường Khi chiều sâu tính từ mặt đường đạt tới mức định (theo số liệu đo Trung Quốc số nước thông thường mức độ khoảng 3m), tỉ số ứng suất động ứng suất trọng lượng thân đất đắp đường tạo nhỏ 20% Do đo, ứng suất động đường phần độ sâu bỏ qua không xét đến Khoảng cách từ độ sâu tới bề mặt đường coi phạm vi lớp mặt đường) 2.3 Biến dạng đường Trong trình chạy tàu, đường coi lµ mét bé phËn cÊu thµnh cđa hƯ thèng động đường ~ xe, phát sinh dao động chịu tác dụng lực động Biến dạng gia tốc dùng để miêu tả ứng xử động ®­êng Trong ®ã, biÕn d¹ng cđa dao ®éng nỊn ®­êng cã thĨ chia lµm hai bé phËn: - Bé phËn khôi phục - gọi biến dạng dẻo có liên quan đến nhiều nhân tố - Bộ phận hồi phục - gọi biến dạng đàn hồi Biến dạng đàn hồi gia tốc đường phản ánh độ mạnh dao động Độ cứng đường nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến biến dạng đàn hồi gia tốc Độ cứng lực đường chống lại biến dạng tải trọng đoàn tàu gây Nói chung, độ cứng lớp mặt đường lớn biến dạng đàn hồi nhỏ - Trong điều kiện giống tải trọng kết cấu đường, biến dạng vùng đầm lầy lớn gấp 2,5 lần so với vùng cát sỏi - Thí nghiệm với đề tài TGV vào năm 1971, 1974 tuyến đường sắt AmiensRouen Pháp Đoàn tàu thí nghiệm chạy qua vùng đất - thổ trắng kề bên khu đầm lầy đạt tới tốc độ 80km/h không đạt tới vận tốc dự kiến kế hoạch 140km/h Trên mặt đất quan sát bánh xe xng tíi 2cm Ray ë phÝa tr­íc b¸nh xe hình thành dạng sóng dịch chuyển phía trước với vận tốc tốc độ chạy tàu Khi phân tích tượng này, tác giả rõ nguyên nhân không tăng tốc độ chạy tàu ®é cøng cïng phÇn ®ì kÕt cÊu ®­êng, tõ ®ã đưa khái niệm tốc độ giới hạn với nhận định cho độ cứng kết cấu đường biến đổi theo tốc độ chạy tàu tốc độ chạy tàu tiếp cận tốc độ giới hạn không phản ánh tác dụng lẫn đoàn tàu đường Sau gia cố lớp mặt đường đá đoạn đường này, tốc độ chạy tàu đạt 120km/h Từ ®ã cã thĨ thÊy râ, ®é cøng nỊn ®­êng qu¸ thấp dẫn đến tình trạng thực việc chạy tàu tốc độ cao Bài Đặc tính mỏi động lực lớp mặt đường Như nói: tác dụng ứng suất động tải trọng đoàn tàu gây lặp lại nhiều lần, lớp mặt đường có biến dạng dẻo (biến dạng dư), lặp lại ứng suất động qua số lần tác động trùng phục làm tăng tích luỹ biến dạng dẻo Do đó, phá hoại đất thuộc lớp mặt đường biến dạng lớn nó, phát sinh thời gian ngắn mà kết tích lũy lâu dài Để phòng ngừa, chữa trị tượng đất lớp mặt đường bị phá hoại có mức tích lũy biến dạng dẻo lớn, cần nghiên cứu đặc tính mỏi đất, tìm hiểu cường độ động đất (ứng suất động giới hạn), biến dạng tích lũy, quy luật biến đổi môđun động nhân tố ảnh hưởng, từ có biện pháp kỹ thuật công trình thích hợp 3.1 ứng suất động giới hạn 3.1.1 Khái niệm ứng suất động giới hạn biến dạng tương ứng giới hạn ứng suất động giới hạn gọi ứng suất ngưỡng (Threshold Stress) ứng suất giới hạn (limiting Stress) Health người đề xướng sớm Health nghiên cứu đặc tính mỏi đất sét vùng London thông qua thí nghiệm nén ba trục chỉnh lý số liệu biến đổi biến dạng tương ứng tích luỹ điều kiện ứng suất động khác (H3-1) Theo Health, đường cong hình H3-1 chia thành hai nhãm: - ë nhãm thø nhÊt, tèc ®é biÕn ®ỉi biến dạng tương ứng tích lũy chậm dần theo số lần cho tải tác dụng cuối có xu hướng ổn định - ta xếp nhóm vào loại hình suy giảm Hình 3-1 Quan hệ biến dạng tương ứng tích luỹ số lần chịu tải tác dụng đất sét vùng London - nhóm thứ hai, tốc độ biến đổi biến dạng tương ứng tích lũy tăng dần theo số lần cho tải tác dụng, số lần tác dụng tải không ngừng tăng lên xảy tượng phá hoại Ta xếp nhóm vào loại hình phá hoại Hình H3-2 kết thí nghiệm nén động trục trường Đại học giao thông Tây Nam tiến hành mẫu đất sét vùng Thành Đô Có thể thấy rõ, trừ loại hình suy giảm (các ®­êng cong 1, 2, 3, 4, h×nh H3-2, biến dạng tương ứng tích lũy ổn định nhỏ biến dạng tương ứng giới hạn) loại hình phá hoại (các đường cong 9, 10, 11, 12 H3-2, biến đổi biến dạng tương ứng tích luỹ theo số lần tải tác dụng có dạng sóng Tuy khác biệt ứng suất động đường cong 7, tương đối nhỏ, biến dạng tương ứng điều kiện số lần tải tác dụng lại chênh tương đối lớn Đường cong 7, tiêu chí giới hạn loại hình phá hoại loại hình suy giảm, ứng suất động tương ứng gọi ứng suất động giới hạn Theo kết nghiên cứu viện khoa học đường sắt Trung Quốc, cát sỏi tương tự có Hình 3-2 Quan hệ số lần tải tác dụng ứng suất động giới hạn với biến dạng tương øng tÝch l cđa ®Êt sÐt Trong ®éng lùc häc đất, cường độ động vùng Thành Đô định nghĩa ứng suất động tạo biến dạng tương ứng định sẵn N lần trùng lặp ứng suất định Nếu lấy biến dạng tương ứng giới hạn làm biến dạng tương ứng phá hoại, số lần trùng lặp vô hạn, ứng suất động giới hạn cường độ động đất tình chịu tải lặp Tổng hợp phân tích ta có: Nếu ứng suất động lớp mặt đường nhỏ cường độ động (ứng suất động giới hạn) đất đắp lớp ta khống chế biến dạng dẻo lớp mặt đường phạm vi hạm chế 3.1.2 ảnh hưởng điều kiện tính chất lý đất Gièng nh­ c­êng ®é tÜnh cđa ®Êt, øng st ®éng giới hạn biến dạng tương ứng giới hạn đất chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố loại đất, độ chặt, hàm lượng nước Trường đại học giao thông Tây Nam nghiên cứu vấn đề ứng suất động giới hạn biến dạng tương ứng giới hạn đất sét đất sét chứa 6% hàm lượng vôi vùng Thành Đô biến đổi theo hàm lượng nước Hình 3-3 Quan hệ hàm lượng nước với ứng suất động giới hạn đất sét vùng Thành Đô trộn vôi Hình 3-4 Quan hệ hàm lượng nước với biến dạng tương ứng giới hạn đất sét vùng Thành Đô trộn vôi Từ H3-3 H3-4 thấy: ứng suất động giới hạn đất sét vùng Thành Đô giảm hàm lượng nước tăng ứng suất động giới hạn có hàm lượng nước 13,73% lớn gấp 11 lần ứng suất có hàm lượng nước 28,00%, biến dạng tương ứng giới hạn lại tăng theo hàm lượng nước ứng suất động giới hạn đất vôi có hàm lượng nước tối ưu gần đỉnh cao Khi hàm lượng nước thấp 27,5%, biến dạng tương ứng giới hạn không thay đổi Khi w/wL < 0,7, ứng suất động giới hạn 70% cường độ tĩnh trạng thái bão hoà, w/wL > 0,8 ứng suất động 10% cường độ tĩnh trạng thái bão hoà; 0,7 < w/wL < 0,8 tỉ số ứng suất động giới hạn cường độ tĩnh trạng thái bão hòa biến động phạm vi 0,1 ~ 0,7 - Về ảnh hưởng độ chặt, nói chung, độ chặt lớn ứng suất động giới hạn lớn Thí dụ với đất vùng Lang-Phương (10), với điều kiện hàm lượng nước, tăng độ chặt từ 95% lên 100%, ứng suất động giới hạn từ 30 kPa tăng tới 52kPa Trước mắt chưa đủ tài liệu thí nghiệm nên chưa xây dựng qui luật phổ biến quan hệ ứng suất động giới hạn với loại đất, hàm lượng nước, độ chặt, thuyết minh ứng suất động giới hạn cần nêu rõ đặc tính đất 3.2 Biến dạng tương ứng dẻo tích luỹ Một số công trình nghiên cứu nêu rõ: điều kiện ứng suất mức thấp quan hệ biến dạng tương đối tích luỹ thuộc loại hình suy giảm với số lần đặt tải N cã thĨ biĨu thÞ nh­ sau: p =  + logN (3.1) Trong đó: , : hệ số liên quan đến mức ứng suất tính chất đất Biến dạng tương ứng tích luỹ thuộc loại hình suy giảm tăng theo số lần đặt tải, mức tăng nhanh biến dạng tương ứng: tức N lớn biến dạng tương ứng hướng tới ổn định d N dN N Đối với loại hình phá hoại, quan hệ biến dạng tương ứng tích luỹ số lần đặt tải N sau: p = ANb (3.2) A,b : hệ số liên quan trị số ứng suất tính chất lý đất - b có quan hệ với loại đất, hàm lượng nước, trọng lượng riêng (khô) quan hệ với hiệu số ứng suất động áp suất bao quanh (σd - σ3) - A cã thĨ biĨu thÞ nh­ sau: A  a( d m ) s (3.3) σd øng st ®éng; σs : c­êng ®é tÜnh cđa đất a,m : tham số liên quan đến tính chất lý đất Một số kết thí nghiệm đất dính phản ảnh trị b, a, m tăng theo tính chất dẻo đất, điều nói lên điều kiện mức ứng suất động số lần đặt tải N, loại đất dính có độ dẻo lớn có biến dạng tương ứng tích luỹ lớn Ngoài m lớn chứng tỏ tải trọng lặp (của ứng suất động) làm mềm loại đất dính Thí nghiệm sỏi Brown (12) cho kết m = Điều đáng tiếc chưa dùng thí nghiệm đơn giản để tìm tham số b, a, m mà phải làm thí nghiệm nén trục - có ảnh hưởng tới vận dụng phương pháp 3.3 Mô đun đàn hồi biến dạng tương ứng đàn hồi Mô đun đàn hồi - gọi mô đun động - định nghĩa sau: Trong đó: Ed Trong đó: d d (3.4) Ed : mô đun đàn hồi (Mpa) d, d : giá trị ứng suất động biến dạng tương ứng đàn hồi Hình 3-5 Đường cong ứng suất động ~ biến dạng tương ứng động Hiện người ta thường coi đường (và lớp mặt đường) kết cấu phân tầng dùng lý thuyết đàn hồi để phân tích ứng suất động, biến dạng biến dạng tương ứng chúng H.3.5 Đường cong ƯS động - Do đó, mô đun đàn hồi tham số quan trọng biến dạng động để phân tích kết cấu Trong công thức (3.4) trị biên độ ứng suất động tác động bên ngoài, liên quan tới tính chất đất - Biến dạng đàn hồi kết phản ứng động đất, trị có quan hệ với loại đất, trạng thái vật lý đất mà có quan hệ với mức chịu ứng suất động số lần lặp tải, có nghĩa mô đun phục hồi đàn tính trị định mà biến trị 10 + tuyến Kinh - Hệ: lớp mặt dày 0,7m, lớp đáy dày 2,3m.+ tuyếnTần-Thẩm: lớp mặt dày bình quân 0,6m (0,.5- 0,7m), lớp đáy dày bình quân 1,9m (1,8 - 2m) 26 5.2 Tiêu chuẩn vật liệu đắp thi công lớp mặt đường Do chịu tác dụng tải trọng ảnh hưởng điều kiện thiên nhiên khác nhau, xem xét vấn đề kinh tế, vật liệu lớp mặt có chất lượng cao lớp đáy (của lớp mặt đường), tiêu chuẩn thi công đắp 5.2.1 Lớp mặt đường: Yêu cầu lớp mặt: + Cường độ độ cứng phải đáp ứng yêu cầu chạy tàu; + Lớp mặt phải có số điều kiện tương đối tốt tính ổn định với nước; + Ngăn đá dăm chìm xuống từ hạt thô từ lớp đáy xâm nhập lên Do đó, việc dùng kết cấu đặc biệt lớp bê tông, lớp mặt nói chung người ta thường dùng cấp phối đá dăm, cấp phối cát sỏi ë NhËt ng­êi ta cßn dïng cÊp phèi xØ lß cao VËt liƯu vµ tØ lƯ cÊp phèi : xem bảng 5.1 Độ nện chặt lớp mặt đường dùng trị số K30 tiêu độ rỗng để khống chế Bảng 5.2 giới thiệu tiêu chuẩn nện chặt lớp mặt mặt đường nêu Quy định tạm thời thiết kế đường, cầu, hầm, ga cho đường sắt cao tốc Kinh-Hệ Quy định tạm thời thiết kế đường, cầu, hầm, ga cho đường sắt có vận tốc chạy tàu 200km/h Trong tiêu tiêu chuẩn nện chặt, vật liệu hạt nhỏ chọn K30 hệ số nện chặt, vật liệu hạt thô (bao gồm loại đá dăm) chọn K30 suất độ rỗng, mục đích nhằm đảm bảo độ cứng đường, đồng thời khống chế tượng biến dạng nén chặt lớn độ rỗng lớn gây cỡ 50 hạt (mm) Bảng 5.1 Phạm vi vËt liÖu cÊp phèi 40 30 20 10 0.5 0.0 75 giới hạn số chả dẻo y% cấpsố phối % trọng lượng thông qua lỗ sàng 10 90100 100 90100 6585 75100 4570 5070 27 3055 3055 1535 1535 1020 1020 410 410 < 28 < 28 2,5, mức an toàn êm thuận chạy tàu bị suy giảm nhiều.Bởi vậy, nhân tố khống chế chiều dài đoạn độ chủ yếu chênh lệch độ lún Qui định tạm thời đường sắt Trung Quốc, chiều dai L đoạn độ đường cầu tÝnh nh­ sau: L = 2h + A (6.1) Trong ®ã: h : chiỊu cao ®¾p ®Êt cđa nỊn ®­êng (m) A : h»ng sè (m) - th­êng lµ tõ - 5m Bởi ta muốn chênh lệch độ lún giảm đến mức tối đa, nên tiêu chuẩn đắp đường đoạn độ phải chặt chẽ chỗ khác Quy định tạm thời đường sắt Trung Quốc quy định lớp mặt mặt đường đắp yêu cầu chung, phần bên phải thoả mãn K30 150MPa/m độ rỗng n < 20% 35 Bài Gia cố lớp mặt đường theo điều kiện nâng cao tốc độ Khi số tuyến đường sắt thiết kế với tiêu chuẩn tốc độ thấp mà cải tạo nâng cao tốc độ chạy tàu, ảnh hưởng tải động với đường tăng theo, số đoạn đường sau nâng cao tốc độ chạy tàu phát sinh mau chóng bệnh hại lớp mặt đường, gây nguy hại cho chạy tàu an toàn êm thuận Do đó, để đảm bảo việc nâng cao tốc độ thuận lợi, trước phải tiến hành điều tra toàn diện trạng thái đường, lớp mặt đường đoạn trọng điểm cần phải xử lý, gia cố Cụ thể: - Đo kiểm tra sức chịu tải; - Độ chặt; - Hàm lượng nước lớp mặt đường - Phân tích kỹ đoạn trước phát sinh bệnh hại, tìm hiểu rõ nguyên nhân trình phát sinh - Thu thập tài liệu địa chất, thuỷ văn khu vực có bệnh hại, khảo sát hệ thống thoát nước đường Trên sở đó, loại bệnh hại, tình cụ thể đường, có giải pháp xử lý phù hợp, xác định phương án thiết thực, khả thi để gia cố lớp mặt đường Phần lớn tuyến cần nâng tốc độ tuyến quan trọng, bận rộn, mật độ chạy tàu lớn, khoảng trống hai chuyến tàu ngắn, diện thi công lại chật hẹp, phải gián đoạn vận tải xảy tai nạn chạy tàu hậu thật khôn lường Do đó, phương án gia cố lớp mặt đường cần xem xét đầy đủ đến tính chất thuận tiện khả thi việc thi công, phải có biện pháp quản lý chặt chẽ đảm bảo an toàn lúc thi công 7.1 áp dụng việc thay đất vật liệu đất hỗn hợp Thay đất biện pháp đào bỏ lớp đất mềm yếu lớp mặt đường đắp thay vào lớp đất tốt, đầm nện chặt để nâng cao lực chịu tải tính ổn định - Đối với đường đường sắt thông thường, trước đây, gia cố lớp mặt, người ta hay dùng vật liệu đắp đất ổn định trộn xi măng đất ổn định trộn vôi - Nhưng đường nâng tốc độ, phải xét đến tải trọng động tăng lên chạy tàu tốc độ cao, nên đất thay vào phải loại vật liệu đắp loại đá dăm, có điều kiện nên dùng cấp phối đá dăm Độ sâu thay đất 50 - 70cm, nơi bệnh hại nghiêm trọng tăng độ sâu thay đất 36 Trong thay đất thường dùng phương pháp dầm bó ray, diện thi công hẹp, dùng máy móc thi công nặng, dùng dụng cụ thi công nhỏ, đầm nện thủ công Do đó, phải kiểm tra nghiêm ngặt chất lượng thi công, khống chế chặt chẽ độ nện chặt Sau thay đất, độ dốc thoát nước phải đảm bảo yêu cầu thiết kế Để gia cố lớp mặt đường, ta dùng vật liệu ĐKT như: + Vải ĐKT cường độ cao + Lưới ĐKT + Tấm có ổ ngăn - Vải ĐKT: Theo công nghệ chế tạo, chia loại vải dệt vải không dệt Loại vải dệt Hình 7-1 Nền đắp gia cố Vải ĐKT máy có sợi ngang sợi dọc Loại vải không dệt chia theo cách sản xuất có vải gia công nhiệt, gia công hóa gia công kim Cường độ chịu kéo loại vải ĐKT từ vài KN/m tới vài chục hay trăm KN/m, đáp ứng yêu cầu gia cố lớp mặt ®­êng Khi gia cè cho líp mỈt nỊn ®­êng dïng vải ĐKT, với loại có cường độ cao, đặt vị trí thích hợp lớp đất đắp thay, lợi dụng ma sát đất với vải tạo tác dụng cốt hạn chế biến dạng biên đất đắp, tăng sức chịu tải lớp mặt đường, làm cho ứng suất động lớp đồng đều, giảm Hình 7-2 Lưới ĐKT biến dạng Ngoài ra, lợi dụng tính lọc cách ly vải, tính chất cấu tạo màng vải ĐKT có tác dụng cách nước chống thấm nước - Lưới ĐKT loại vật liệu hình mắt lưới chữ nhật vuông Cường độ chịu kéo lưới ĐKT đạt tới 120KN/m Khi gia cố đất, vật liệu đắp qua việc lọt vào mắt lưới tạo tác dụng găm-giữ học - hiệu gia cố lưới ĐKT so với vải ĐKT cao hẳn - Tấm có ổ ngăn loại vật liệu tổng hợp đặt đất có kết cấu không gian Dùng tác dụng tăng cường đai sợi cao phân tử A, B hàn nối siêu âm trực tiếp ép nối để tạo thành này, với sợi có bề dày khoảng 1mm - chiều dài đai tuỳ ý chọn Dùng ổ ngăn để gia cố lớp mặt đường, đá dăm cát sỏi rơi vào ổ có dạng tổ ong, cường độ kÐo cao cđa vËt liƯu cao ph©n tư sÏ gióp cho ổ ngăn kiềm chế biến dạng biên vật liệu đắp, tạo lớp mặt ®­êng mét kÕt cÊu cã ®é cøng t­¬ng ®èi lín Loại có ngăn làm từ vật liệu tổng hợp mặt phẳng đạt hiệu đem so sánh với ổ ngăn 37 Hình 7-3 Sơ đồ gia cố lớp mặt đường ổ ngăn Tấm ổ ngăn đặt đất có hiệu rõ rệt tăng độ cứng, giảm ứng suất động, giảm biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, tăng độ ổn định cho lớp mặt đường Chiều cao ổ lớn, hiệu rõ Phương pháp dùng ổ ngăn phương pháp chủ yếu đẻ gia cố lớp mặt đường đường sắt Nhật Bản Trung Quốc dùng ổ ngăn để chữa trị chỗ phọt bùn thu hiệu tốt Căn tình hình thực tế, dùng ổ ngăn để gia cố giảm thiểu chiều dày phải thay đất 7.2 Xư lý mãng phøc hỵp Xư lý mãng phøc hỵp lớp mặt đường bố trí hình thức cọc ngắn khác nhau, người ta lợi dụng cọc để dồn chặt đất với đất tạo lớp mặt đường phức hợp, có khả truyền tải trọng xuống phía lớp này, tăng lực chịu tải thân lớp mặt đường đồng thời đạt mục đích giảm độ biến dạng Thông thường người ta sử dụng hai loại cọc: cọc tạo lỗ cọc khoan phun - Cọc tạo lỗ: Tạo lỗ lớp mặt đường đến độ sâu định (> 1,2m), nhồi vôi (xi măng) với đất ổn định vào lỗ, nện kĩ Do phản ứng vôi, xi măng với đất lớp mặt đường, đất lớp tăng cường độ chặt có tác dụng gia cố lớp mặt đường Đặc điểm phương pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi dụng cụ đặc biệt Nhưng cường độ lao động lớn, tác nghiệp làm dầm bó ray Trong cải tạo nâng tốc tuyến Quảng -Thâm người ta dùng loại cọc xi măng đất để gia cố lớp mặt đường, hiệu tương đối tốt Ngoài dùng đá dăm thay cho vôi (xi măng) đất ổn định để tạo cọc đá dăm - Cọc khoan phun: Thông thường dùng để gia cố móng yếu Khi dùng gia cố lớp mặt đường, máy khoan nghiêng bố trí bên đường, mũi khoan khoan xiên vào thân lớp mặt đường, nhích mũi khoan lên, bột vôi (xi măng) chịu áp lực phun qua lỗ đầu mũi khoan vào thân lớp đường bị xáo trộn Bột vôi (xi măng) với đất lớp mặt đường tạo thành cọc Phương pháp không ảnh hưởng tới việc chạy tàu tuyến, tiến hành toàn phạm vi lớp mặt đường, hiệu gia cố lợi ích kinh tế tốt 38 - Những năm gần đây, Nhật dùng phương pháp mạng cọc để gia cố đường yếu, phương pháp cã thĨ coi lµ mét mÉu mùc cho viƯc gia cố lớp mặt đường Cách thực phương pháp sau: + Trên bề mặt lớp mặt đường, đóng cọc gỗ, cọc ống thép cọc bê tông cốt thép loại nhỏ xuyên qua phần đất yếu tới lớp lớp mặt đường, tới phần đường; + Trên đỉnh cọc dùng cốt thép liên Hình 7-4 Sơ đồ gia cố lớp mặt đường kết thành đỉnh mạng lưới (H7-4) mạng cọc đỉnh cọc cố định lớp lưới ĐKT lớp đất tốt, lớp đá dăm đắp lên đầm chặt Như vậy, trọng lượng đường, đá tải trọng đoàn tàu thông qua mạng cốt thép truyền xuống cọc, sức đỡ đáy cọc ma sát xung quanh thân cọc có tác dụng chịu đựng tải trọng trên, giảm thiểu biến dạng tầng đất yếu, tăng cường độ cứng lớp mặt đường 39 gợi ý suy nghĩ 1- Yêu cầu kỹ thuật đường đường tốc độ cao, chuyên chở nặng có khác so với đường sắt thông thường ? 2- Đặc tính mỏi đường nói lên điều ? 3- Đặc điểm kết cấu đường đường sắt cao tốc Pháp, Đức, Nhật? Phương pháp phân tích so sánh ? 4- Các cách xử lý khác đoạn độ đường - cầu có đặc điểm ? 5- Trong phương pháp xử lý đoạn độ đường - cầu bê tông cốt thép dày phải ý vấn đề ? 6- Tại tiêu chuẩn đầm chặt lớp mặt đường đường sắt cao tốc phải đồng thời sử dụng hai tiêu K30 độ rỗng ? 7- Nêu lên ý tưởng ba phương pháp thiết kế kết cấu lớp mặt nỊn ®­êng? 40 ... độ đầm chặt đất đắp cao độ đắp Số liệu đo đạc thực tế chứng minh: độ lún đầm chặt sau hoàn công 0,1 - 0,3 % chiều cao đắp (đất cát), 0,5 - % chiều cao đắp (đất dính) Độ chặt cao, độ lún nhỏ 30... đường sắt cao tốc Nhật: đắp cao 6m, độ chặt 90%, lún sau hoàn công 1cm S h2 3000 (5.1) Đức Nhật dùng công thức (5.1) để tính độ lún đất đắp đầm chặt: S : độ lún nện chặt (m) h : chiều cao đắp (m)... đường tương đối tốt, đạt độ chặt tương đối cao, nên độ dày lớp mặt đường 2m 5.1.2 Hình thức kết cấu lớp mặt đường Nói chung, lớp mặt đường đường sắt cao tèc, chë nỈng cã kÕt cÊu líp gåm lớp mặt