Chương 1 (TKD2)

TKĐ F2: THIẾT KẾ NỀN, MẶT ĐƯỜNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐƯỜNG TS LÊ VĂN PHÚC GVBM: Đường Bộ-Đường Sắt Email: lvphuc@utc2.edu.vn University of Transport and Communications Campus in Ho Chi Minh Contents Chương I Chương II Chương III Chương IV THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THÔNG THƯỜNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CÁC CƠNG TRÌNH CHỐNG ĐỠ NỀN ĐƯỜNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỐT NƯỚC ĐƯỜNG ƠTƠ Contents Chương V Chương VI Chương VII CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ (BỀ DÀY) ÁO ĐƯỜNG MỀM (THEO 22TCN 211-06) THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG CHƯƠNG I: THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THÔNG THƯỜNG NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ ẤT NỀN ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung đường Nền đường tơ cơng trình đất (đá) có tác dụng:  Khắc phục địa hình thiên nhiên nhằm tạo nên dải đất đủ rộng dọc theo ngang đáp ứng tuyến đường có tiêu chuẩn bình đồ, trắc dọc, trắc điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận kinh tế  Làm sở cho áo đường: lớp phía đường với áo đường chịu tác dụng tải trọng xe cộ nhân tố thiên nhiên có ảnh hưởng lớn đến cường độ tình trạng khai thác cơng trình đường NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ ẤT NỀN ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung đường  Để đảm bảo yêu cầu nói trên, thiết kế xây dựng đường cần phải đáp ứng yêu cầu sau đây: Nền đường phải đảm bảo ln ổn định tồn khối, nghĩa kích thước hình học hình dạng đường khơng bị phá hoại biến dạng gây bất lợi cho việc thông xe a) Trượt ta luy đắp; b) Trượt đường đắp c) Lún sụt đất yếu d) Trượt trồi đất yếu e) Sụt lở ta luy đào; f) Trượt ta luy đào sườn dốc; NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ ẤT NỀN ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung đường Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ định, tức đủ độ bền chịu cắt trượt không biến dạng q nhiều (hay khơng tích luỹ biến dạng) tác dụng tải trọng bánh xe Nền đường phải đảm bảo ổn định mặt cường độ, nghĩa cường độ đường không thay đổi theo thời gian, theo điều kiện khí hậu, thời tiết cách bất lợi NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ ẤT NỀN ĐƯỜNG 1.1 Những yêu cầu chung đường Nền đường thường bị phá hoại nguyên nhân sau đây:  Sự phá hoại thiên nhiên mưa làm tích nước hai bên đường, làm giảm cường độ đất đường, gây sạt lở mái dốc ta luy  Điều kiện địa chất thủy văn chỗ không tốt cấu tạo tầng lớp mức độ phong hoá đất đá, đặc biệt phá hoại nước ngầm (nước ngầm chảy lôi theo đất gây tượng xói ngầm giảm cường độ đất)    Do tác dụng tải trọng xe chạy Do tác dụng tải trọng thân đường đường đắp cao đào sâu, ta luy dốc thường hay bị sạt lở Do thi công không đảm bảo chất lượng: đắp không quy cách, loại đất đắp, lu lèn không chặt,… Trong số nguyên nhân nói trên, tác dụng phá hoại nước đường chủ yếu (gồm nước mặt, nước ngầm nước) NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ ẤT NỀN ĐƯỜNG 1.2 Chiều sâu hoạt động đất đường Chiều sâu hoạt động đất đường hay phạm vi hoạt động đất đường khu vực chịu tác dụng tải trọng động (tải trọng xe cộ đường truyền xuống) Phạm vi xác định chiều sâu za hình bên NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG - CHIỀU SÂU HOẠT ĐỘNG CỦA Đ ẤT NỀN ĐƯỜNG 1.2 Chiều sâu hoạt động đất đường  Trên hình vẽ, ứng suất điểm đất trọng lượng thân đắp gây nên là: (xét trường hợp đất đồng nhất) σγ= γ.z γ - dung trọng đất đắp (t/m3); z – chiều sâu tính ứng suất, m  Ứng suất thẳng đứng tải trọng động bánh xe P gây phân bố tắt dần theo chiều sâu theo công thức Bussinet: σz =k.P/z k – hệ số Bussinet   TÍNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC NỀN ĐƯỜNG  Khi thiết kế phải xác định khối lượng công tác đường để lập dự tốn, tổ chức thi cơng hay lập luận chứng so sánh phương án tuyến  Khi tính khối lượng công tác đường, mặt đường, phải vào diện lớp kết cấu, ) tích (hoặc chiều rộng mặt đường, lề đường, chiều dày mặt cắt ngang người ta giả thiết mặt cắt ngang, thay đổi yếu tố theo quy luật đường thẳng, bỏ qua phần gồ ghề mặt đất (nếu có thay đổi lớn rải chèn thêm cọc địa hình) TÍNH KHỐI LƯỢNG CƠNG TÁC NỀN ĐƯỜNG  Khối lượng cơng tác mặt cắt ngang tính đơn giản cơng thức sau: Trong đó: V1,2 khối lượng cần tính hai mặt cắt 1, 2; F1 F2 diện tích (bề rộng, chiều dày, ) mặt cắt 2; L12 khoảng cách hai cọc 1, Tính tốn khối lượng đường TÍNH KHỐI LƯỢNG CƠNG TÁC NỀN ĐƯỜNG Các khối lượng cơng tác cần tính mặt cắt ngang phụ thuộc vào giải pháp thi cơng, là: - Diện tích đào hữu cơ, vét bùn, đánh cấp, đào rãnh, - Diện tích đào, đắp đất đá (lại phân chi tiết thành cấp đất đá, hệ số đầm chặt K lớp đất, ) - Diện tích, chiều dày loại vật liệu lớp bù vênh - Chiều rộng phần mặt đường (các loại kết cấu khác mặt cắt ngang, kết cấu mặt đường cũ, kết cấu mở rộng, ) lề đường (lề gia cố, lề đất, ) chiều rộng lớp vải địa kỹ thuật, - Chiều dày lớp vật liệu đặc biệt, Bảng khối lượng thường lập cho riêng Km lập bảng tổng hợp khối lượng cho tồn tuyến TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN SƯỜN DỐC Khi xây dựng đường sườn dốc, để đảm bảo điều kiện ổn định toàn khối, việc thiết kế, tính tốn cần đáp ứng hai u cầu sau:  Nền đường phải đặt sườn dốc ổn định thân sườn dốc  Trên sở sườn dốc chắn ổn định, đắp phải không bị trượt phải đảm bảo ổn  định Như cần phải kiểm toán điều kiện ổn định theo hai nội dung ổn định sau xây dựng đường mặt dốc thân mái ta luy đường TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN SƯỜN DỐC 8.1 Đánh giá ổn định sườn dốc 8.1.1 Trường hợp mặt trượt tương đối phẳng Xét phân tố đất có kích thước hx1x1: - Lực gây trượt Ftr=Q.sinα - Lực giữ Fg=Q.cosα.f+c.1 Điều kiện ổn định Fg ≥Ftr hay ta có Q.cosα.f +c.1 ≥Q.sinα Chia vế cho Q.cosα thay Q=V.γ= h.1.1.γ=h.γ ta có TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN SƯỜN DỐC 8.1 Đánh giá ổn định sườn dốc 8.1.2 Trường hợp mặt trượt gãy khúc Tại chỗ thay đổi dốc mặt trượt, kẻ đường thẳng đứng phân khối toán trọng lượng  thân khối trượt Qi chiều dài mặt trượt tương ứng Li Xác định hệ số an toàn cho Fi-1 lực đẩy khối thứ (i-1) vào khối i trượt thành đoạn hình vẽ Trên đoạn tính phần khối trượt TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN SƯỜN DỐC 8.1 Đánh giá ổn định sườn dốc 8.1.2 Trường hợp mặt trượt gãy khúc  Qua trị số Ki đoạn khối trượt đánh giá ổn định đoạn, Ki < khối có khả bị đẩy trơi xuống phía dưới, bị khối thứ (i+1) giữ nên mặt tiếp xúc phát sinh vết nứt Cũng tính tốn theo hệ số truyền sau:  Lần lượt tính tốn lực gây trượt Fi đoạn khối trượt theo công thức: Fi = Qi(K.sinαi - cosαi.tgϕi) + Fi-1.cos(αi -αi-1) – c.Li Trong đó: αi – độ dốc nghiêng mặt trượt đoạn i; c, ϕ - lực dính góc nội ma sát khối trượt, t/m2; K – hệ số ổn định (1,0 – 1,5)  Cuối tính lực gây trượt đoạn khối trượt chân dốc F i+1 Nếu Fi+1 ≤ khối trượt ổn định sườn dốc ngược lại TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN SƯỜN DỐC 8.1 Đánh giá ổn định sườn dốc 8.2 Đánh giá ổn định thân đắp Trên sở sườn dốc ổn định, đánh giá ổn định thân đắp với điều kiện đảm bảo đường không bị trượt mặt tiếp xúc đắp sườn dốc - Lực gây trượt: Ftr=Q.sinα - Lực giữ Fg=Q.cosα.f Trong đó: Q trọng lượng đắp; f hệ số ma sát đắp sườn dốc Hệ số ổn định TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG Trong trường hợp chiều cao ta luy đường lớn 12m thiết kế cần phải kiểm tốn ổn định mái dốc ta luy đường 9.1 Đánh giá ổn định mái dốc thẳng đứng Xét vách đất thẳng đứng, khối đất bị ổn định trượt  Chia khối đất trượt thành nhiều mảnh nhỏ 1,2, i (mảnh có chiều rộng 1-2m) Xét điều kiện cân học mảnh thứ i có chiều cao hi rộng di theo mặt trượt (Hình 1.19) TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG Lực gây trượt: Ti = Qi.sinαi Lự c giữ: Trong đó: Qi – trọng lượng mảnh đất i, Qi = di.hi.1.γ γ, C, ϕ - dung trọng, lực dính góc nội ma sát đất Khi Ti > Ni vách đất ổn định ngược lại Ở trạng thái cân giới hạn, ta có Ti = Ni Chia hai vế cho Qi.cosαi TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG  Với đất cát có C = 0, muốn ổn định ta luy phải có góc dốc góc nghỉ tự nhiên (α= ϕ), điều hoàn toàn chứng thực thực tế  Với đất dính có C ≠ 0: điều kiện ổn định học mái dốc phụ thuộc vào chiều cao mái ta luy hi, hi → αi → 90o, hi → ∞ αi → ϕ  Như với đất dính cấu tạo mái ta luy nên có dạng dốc thoải Từ điều kiện (*) Maslop đơn giản hoá thêm vào hệ số an toàn K (1-1,5), ta có  Góc mái dốc ta luy αi thiết kế thay đổi theo lớp đất theo điều kiện (**) ổn định Phương pháp áp dụng với mái dốc đắp đào đỉnh ta luy mặt đất nằm ngang, trường hợp khác phải dùng phương pháp phân mảnh xét TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG 9.2 Phương pháp phân mảnh Phương pháp phân mảnh giản đơn Trường hợp đất đồng có c, φ γ nhau, ta có: L=Σli – chiều dài cung trượt khối trượt Lực thẳng đứng biết Qi: Trọng lượng thân phân mảnh tải trọng xe Phương pháp Bishop (1955): TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA MÁI DỐC TA LUY NỀN ĐƯỜNG Nhận xét: Với mái dốc, giả thiết dùng cho phương sai khác pháp phân mảnh khác nên hệ số an tồn tính Thơng thường phương pháp Fellenius hồn toàn bỏ qua lực phân mảnh nên trị số K tìm nhỏ nhất, phương pháp Bishop, Janbu, có xét đến lực tác dụng phân mảnh nên giá trị K lớn Như phương pháp phân mảnh giản đơn cho kết thiên an toàn dùng 10 KIỂM TỐN ĐỘ ỔN ĐỊNH Trình tự việc kiểm toán độ ổn định đường sau: Căn vào hình dạng mặt trượt có khả xuất đường (bao gồm địa tầng xung quanh) chọn phương pháp phân tích tính tốn Chia khối đất mặt trượt thành phân mảnh thẳng đứng với số lượng hợp lý Dựa vào tổ hợp tải trọng khác nhau, tính tốn trọng lượng thân phân mảnh lực tác dụng biết khác Xét tới điều kiện làm việc mái dốc, chọn tiêu cường độ kháng cắt mặt trượt, tính hệ số an tồn mặt trượt So sánh hệ số an tồn mặt trượt nguy hiểm tìm trường hợp với trị số cho phép quy định để phân tích xem đường có ổn định hay khơng 11 CHƯƠNG TRÌNH KIỂM TỐN ĐỘ ỔN ĐỊNH Hiện có nhiều phần mềm phân tích, kiểm tốn độ ổn định tính ổn định mái dốc chương trình GEO-SLOPE CANADA đường, thông dụng module Slope/w ... ĐƯỜNG ÔTÔ Contents Chương V Chương VI Chương VII CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ ÁO ĐƯỜNG TÍNH TỐN CƯỜNG ĐỘ (BỀ DÀY) ÁO ĐƯỜNG MỀM (THEO 22TCN 211 -06) THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG CHƯƠNG I: THIẾT...Contents Chương I Chương II Chương III Chương IV THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG THƠNG THƯỜNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG... cao (h=6 12 m) - Nền đắp cao (h 12 m) đường đắp qua bãi sông CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG TRONG TRƯỜNG HỢP THƠNG THƯỜNG Các dạng trắc ngang định hình đắp a) Nền đắp 1m; b) đắp từ – 6m; c) Nền đắp từ – 12 m; d)