Chương 2 (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 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU ĐẤT YẾU VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm loại đất yếu Đất yếu loại đất có khả chịu tải nhỏ tính biến dạng (nén lún) lớn, bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn, cường độ chống cắt nhỏ, đắp đất yếu, khơng có biện pháp xử lý thích hợp thường dễ bị ổn định toàn khối lún nhiều, lún kéo dài ảnh hưởng đến mặt  đường, cơng trình đường mố cầu lân cận Loại có nguồn gốc khoáng vật thường sét sét trầm tích: Hệ số rỗng lớn (sét e ≥1,5, sét e ≥1), lực dính C theo kết cắt nhanh khơng nước từ 0,15 daN/cm trở xuống, góc nội ma sát o ϕ từ 0-10 lực dính từ kết thí nghiệm cắt cánh trường Cu ≤0,35 daN/cm ĐẤT YẾU VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm loại đất yếu  Loại có nguồn gốc hữu thường hình thành từ đầm lầy Loại thường gọi đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu chiếm tới 20-80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc khơng mịn (vì lẫn tàn dư thực vật) Các tiêu than bùn e=3-15, C=0,01-0,04 daN/cm ,  Đất yếu đầm lầy than bùn phân theo tỷ lệ lượng hữu có + Lượng hữu có từ 20-30%: Đất nhiễm than bùn + Lượng hữu có từ 30-60%: Đất than bùn + Lượng hữu 60%: Than bùn chúng: tgφ=0,03-0,07 ĐẤT YẾU VÀ PHÂN LOẠI ĐẤT YẾU 1.2 Phân loại trạng thái tự nhiên đất yếu - Đất yếu loại sét sét phân loại theo độ sệt B:   W, Wd, Wnh - Độ ẩm trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo giới hạn nhão đất yếu + Nếu B >1 gọi bùn sét (đất yếu trạng thái chảy) + Nếu 0,75 < B ≤1 đất yếu dẻo chảy  Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn phân thành loại I, II, III: + Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại vách đất đào thẳng đứng sâu 1m chúng trì ổn định 1-2 ngày; + Loại II: Loại có độ sệt khơng ổn định; loại không đạt tiêu chuẩn loại I đất than bùn chưa trạng thái chảy; + Loại III: Đất than bùn trạng thái chảy CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 2.1 Các yêu cầu ổn định Nền đắp đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị lún trồi trượt sâu trình thi cơng đắp suốt q trình đưa vào khai thác sử dụng sau đó, tức phải đảm bảo cho đường ổn định  Theo tiêu chuẩn thiết kế đường đắp đất yếu 22 TCN 262-2000 thì:  Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn kht xuống vùng đất yếu hệ số ổn định nhỏ Kmin = 1,20 (riêng trường hợp dùng kết thí nghiệm cắt nhanh khơng nghiệm để nghiệm tốn Kmin =1,10);  Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm tốn ổn định hệ số ổn định nhỏ Kmin=1,40; thoát nước phòng thí CÁC U CẦU KHI THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 2.2 Các yêu cầu tiêu chuẩn tính tốn lún  u cầu phải tính độ lún tổng cộng S kể từ bắt đầu đắp đường đến lún kết thúc để xác định chiều cao phòng lún chiều rộng phải đắp  Khi tính tốn độ lún tổng cộng nói tải trọng gây lún phải xét đến gồm tải trọng đắp thiết kế bao gồm phần đắp phản áp (nếu có),  thêm hai bên đường không bao gồm phần đắp gia tải trước (nếu có) khơng xét đến tải trọng xe cộ Sau hồn thành cơng trình mặt đường xây dựng vùng đất yếu, phần độ lún cố kết lại ∆S trục tim đường cho phép CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 2.2 Các yêu cầu tiêu chuẩn tính tốn lún Độ lún cố kết cho phép lại trục tim đường CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 2.2 Các yêu cầu tiêu chuẩn tính tốn lún Phần độ lún cố kết lại ∆S phần lún cố kết chưa hết sau làm xong áo đường đoạn đắp đất yếu Trị số ∆S xác định theo công thức tùy thuộc độ cố kết U đạt vào thời điểm làm xong áo đường; Chiều dài đoạn đường gần mố cầu xác định lần chiều dài móng mố cầu liền kề Chiều dài đoạn đắp có cống có lối chui qua đường xác định 3-5 lần bề rộng móng cống bề rộng lối qua đường; Nếu phần độ lún cố kết lại ∆S vượt trị số cho phép bảng cần phải có biện pháp xử lý để giảm ∆S Nếu thỏa mãn trị số cho phép bảng 2.1 khơng cần áp dụng biện pháp tăng nhanh cố kết XÁC ĐỊNH CÁC TẢI TRỌNG TÍNH TỐN 3.1 Tải trọng đắp đắp gia tải trước 3.2 Tải trọng xe cộ 3.3 Tải trọng động đất CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.1 Đào phần đào toàn đất yếu Tương tự, dùng cọc tràm loại có đường kính đầu lớn 12cm, cọc/m 7.2.2 Tầng cát đệm đầu nhỏ 5cm, đóng sâu 3-5m với mật độ 16 CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp  Tầng cát đệm nên sử dụng trường hợp đắp trực tiếp đất yếu bắt buộc phải có áp dụng giải pháp nước cố kết theo  phương thẳng đứng giếng cát bấc thấm Chiều dày tầng cát đệm phải độ lún tổng cộng S không nhỏ 50cm Độ chặt đầm nén tầng cát đệm yêu cầu đạt 0,9 độ chặt đầm nén tiêu chuẩn (phục vụ xe máy thi công lớp trên)  Bề rộng mặt tầng cát đệm phải rộng đáy đắp bên tối thiểu đệm phải cấu tạo 0,5 ¸1m; mái dốc phần mở rộng hai bên tầng cát tầng lọc ngược để nước cố kết khơng lơi theo cát, lún cần thiết dùng bơm hút bớt nước không gây phá hoại tầng cát đệm chìm vào đất yếu nước cố kết CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp Tầng lọc ngược cấu tạo theo cách thơng thường (xếp đá dày khoảng 20 ÷25cm) vải địa kỹ thuật Trường hợp sử dụng vải địa kỹ thuật nên rải vải đất yếu, sau đắp tầng cát đệm, lật vải bọc mái dốc phần mở rộng để làm chức lọc ngược Lớp vải làm chức lọc ngược phải chờm vào phạm vi đáy 2m Lúc này, nên lợi dụng vải địa kỹ thuật rải trực tiếp đất yếu để kiêm thêm chức khác tăng cường thêm mức ổn định trình đắp CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.3 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng giếng cát bấc thấm)  Nhờ có bố trí phương tiện nước theo phương thẳng đứng (giếng cát bấc thấm) nên nước cố kết lớp sâu đất yếu tác dụng tải trọng đắp có điều kiện để nhanh (thoát theo phương nằm ngang giếng cát bấc thấm theo chúng thoát lên mặt đất tự nhiên) Tuy nhiên, để đảm bảo phát huy hiệu nước chiều cao đắp tối thiểu nên 4m thiết kế cần thoả mãn điều kiện (2.7-8), (2.7-9) đây: σvz +σz ≥(1,2 ∼1,5)σpz (2.7-8) (2.7-9) CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.3 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng giếng cát bấc thấm)  σvz - Ứng suất (áp lực) thẳng đứng trọng lượng thân lớp đất yếu gây độ sâu z (MPa) σvz =∑γi hi  γi hi - Trọng lượng thể tích bề dày lớp đất i nằm phạm vi từ mặt tiếp xúc đất yếu với đáy đắp (z=0) đến độ sâu z đất yếu; ý  (2.7-10) lớp đất yếu nằm mức nước ngầm trị số γi phải dùng trọng lượng thể σz - Ứng suất (áp lực) thẳng đứng tải trọng đắp (phần đắp phần đắp gia tích đẩy tải trước có, khơng kể phần chiều cao đắp h x quy đổi từ tải trọng xe cộ) gây độ sâu z đất yếu kể từ đáy đắp (MPa); σz tính theo tốn đồ Osterberg Phụ lục II  σpz - Áp lực tiền cố kết độ sâu z đất yếu (MPa); σpz xác định từ thí nghiệm cố kết theo hướng dẫn CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.3 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng giếng cát bấc thấm)  Điều kiện (2.7-8) (2.7-9) phải thoả mãn độ sâu z phạm vi từ đáy đắp đến hết chiều sâu đóng giếng cát cắm bấc thấm   Nếu không thoả mãn điều kiện nói kết hợp với biện pháp gia tải trước để tăng σz Các giải pháp dùng phương tiện thoát nước cố kết thẳng đứng thường áp dụng tầng đất yếu dày (bề dày tầng đất yếu vượt bề rộng đáy đắp) đắp cao Vì giá thành xây dựng cao nên thường áp dụng dùng giải pháp khác bảo đảm tiêu chuẩn phần độ lún cố kết lại ∆S thời hạn thi công quy định  Khi sử dụng giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng thiết phải bố trí tầng cát đệm Nếu dùng giếng cát đỉnh giếng cát phải tiếp xúc trực tiếp với tầng cát đệm Nếu dùng bấc thấm bấc thấm phải cắm xuyên qua tầng cát 20cm cao mặt tầng cát đệm đệm cắt dư thêm tối thiểu CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.3 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng giếng cát bấc thấm) Bấc thấm dùng làm phương tiện thoát nước cố kết thẳng đứng phải đạt      yêu cầu sau: Kích thước lỗ vỏ lọc bấc thấm (xác định theo tiêu chuẩn ASTM D4571): O95 ≤75µm -4 Hệ số thấm vỏ lọc (ASTM D4491) : ≥1.10 m/sec Khả thoát nước bấc thấm với áp lực 350 kN/m (ASTM D4716): Cường độ chịu kéo ứng với độ dãn dài 10% (ASTM D4595) nhằm Bề rộng bấc thấm (để phù hợp với thiết bị cắm bấc tiêu chuẩn hoá): qw ≥60.10 -6 m /sec chống đứt thi công: ≥1 kN/bấc thấm 100 mm ±0,05mm CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.3 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng giếng cát bấc thấm) Giếng cát nên dùng loại có đường kính từ 35-45 cm, bố trí kiểu hoa mai với khoảng cách giếng 8-10 lần đường kính giếng Nếu dùng bấc thấm nên bố trí so le kiểu hoa mai với cự ly không nên 1,3m không 2,2m Việc định chiều sâu giếng cát bấc thấm vấn đề kinh tế - kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế cần phải cân nhắc dựa vào phân bố độ lún lớp đất yếu theo chiều sâu tác dụng tải trọng đắp trường hợp thiết kế cụ thể Không thiết phải bố trí đến hết phạm vi chịu ảnh hưởng tải trọng đắp (phạm vi chịu lún) mà cần bố trí đến độ sâu có trị số lún cố kết lớp đất yếu, từ trở lên chiếm tỷ lệ đủ lớn so với trị số lún cố kết Sc dự báo cho tăng nhanh tốc độ cố kết phạm vi bố trí giếng bấc đủ đạt tiêu chuẩn độ lún cố kết cho phép lại thời hạn thi công quy định Do người thiết kế phải đưa phương án bố trí giếng bấc thấm khác (về độ sâu khoảng cách) Trong phương án bố trí chiều sâu phải đảm bảo thoả mãn điều kiện (2.7-8) (2.7-9) CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.4 Cố kết cách hút chân không  Mô tả nguyên lý tác dụng : Đặt màng mỏng kín mặt đất lưới nước bơm hút chân không Các bơm nối với mạng ngang mạng lưới đường thấm thẳng đứng Áp lực nước lỗ rỗng giảm tăng dần ứng suất tổng Việc tạo dần ứng suất có hiệu đất chân không tối đa tương đương với 4m đất đắp lại giảm thời gian cố kết không sợ ổn định đất tác dụng tải trọng  Phạm vi áp dụng: Xử lý cục khu vực đất mềm không đắp cao Có thể kết hợp với việc đắp đất thông thường CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.5 Cột balát (cột vật liệu rời) - Mô tả nguyên lý tác dụng: Các cột balat thường thi cơng làm hai bước: + Khoan lỗ đường kính từ 0,6-1,0m, chiều sâu đến 15-20m “ống dùi chấn động” Ống dùi ống hình trụ đường kính 30-40cm, dài 2-5m có bố trí thiết bị chấn động Ống dùi xuyên vào đất tác dụng trọng lượng thân, chấn động kết hợp với việc xói nước đầu dùi Nước bùn xói bơm hút lên mặt đất + Sau khoan lỗ xong lấp vật liệu rời có góc nội ma sát lớn (ví dụ đá balat) vào lỗ khoan CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.5 Cột balát (cột vật liệu rời) Nền đất xử lý theo phương pháp thường gồm cột balat phân bố cột lên diện tích rộng 5m Các cột có mơ đun biến dạng cao nhiều so với mơ đun đất thiên nhiên tác dụng tải trọng lên mặt đất gia cố thấy có tập trung tải trọng cột balat Xử lý cột balat tăng ổn định đất thiên nhiên lên nhiều giảm độ lún cơng trình cách đáng kể - Phạm vi áp dụng: Cột balat thường áp dụng để xử lý móng nhà bể chứa, đoạn chuyển tiếp mố cầu đoạn đường vào cầu đắp đất yếu Chiều sâu xử lý giới hạn vòng 15m trở lại CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.6 Hào balát - Mô tả nguyên lý tác dụng : Việc tạo hào rộng vật liệu tốt đầm chặt qua lớp đất yếu hạn chế độ lún cải thiện độ ổn định Các hào sử dụng làm đường thấm tạo nên phương pháp thả đầm rơi Hình 2.14 Hào balat Phạm vi áp dụng: Hào balat thường áp dụng để xử lý đắp có mơi trường thơng thoáng đất yếu sâu từ 6-7m CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.7 Cột đất gia cố vôi cột đất gia cố xi măng Gia cố đất yếu cột đất gia cố với chất liên kết vôi sống, xi măng, vôi-tro bay cách trộn lượng đất sét với lượng chất liên kết để tạo vật liệu có tính chất học cao hẳn đất khơng gia cố Để thi công cọc vôi, người ta đào (hoặc khoan) lỗ có đường kính 30-50cm cách 2-5m cho vôi cục chưa vào Khi tác dụng với nước, vơi sống tơi tăng thể tích (đến 60-80%) có tác dụng nén chặt đất xung quanh Đồng thời vơi có tác dụng gia cố đất xung quanh cọc làm tăng cường độ, hút nước tỏa nhiệt, làm nước bốc làm giảm độ ẩm đất yếu xung quanh cọc vôi Hoặc trộn vơi với đất sét mềm đất yếu, làm thành cọc đất gia cố vơi Tác dụng hóa lý vơi đất xảy ra, trình rắn đất gia cố phát triển theo thời gian tạo thành cọc có sức chịu tải định CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.8 Phun chất rắn (nén ngang) - Mô tả nguyên lý tác dụng : Phương pháp dùng lực đưa vào đất hồ vữa nhớt, cách phun có áp ống nhỏ đặt lỗ khoan Do độ sệt nó, vữa tự thấm vào đất mà áp lực vào nén đất theo hướng ngang, sau vữa đông cứng tạo thành cột thẳng đứng cứng Như ta kết hợp tác dụng tăng cường theo hướng đứng cột với tác dụng nén khối đất - Phạm vi áp dụng: Tăng cường độ đất nhà cửa cơng trình, xử lý cục đường đắp thẳng CÁC GIẢI PHÁP THƯỜNG ÁP DỤNG ĐỂ THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 7.2 Các biện pháp cải thiện đất yếu đắp 7.2.9 Điện thấm - Mô tả nguyên lý tác dụng : Một mạng điện cực âm điện cực dương (các ống rỗng) bố trí theo mạng lưới đặn khối đất cần xử lý Tác dụng hiệu điện cực âm cực dương sinh dòng chảy điện cực âm nước thoát từ Việc thoát nước làm giảm độ ẩm trung bình đất gây lún làm tăng cường độ kháng cắt đất - Phạm vi áp dụng: Tăng cường độ đất nhà cửa cơng trình, xử lý cục đường đắp mà xử lý phương pháp thông dụng khác ... dò địa chất 22 TCN 25 9 -20 00 + Cắt cánh: ASTM D2573 TCXD 20 5-1998 Bộ Xây dựng + Xuyên: ASTM D1586 hữu quan đây: CÁC YÊU CẦU VỀ KHẢO SÁT PHỤC VỤ THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾ U 4 .2. 1 Quy định... đắp đất yếu 22 TCN 26 2 -20 00 thì:  Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn khoét xuống vùng đất yếu hệ số ổn định nhỏ Kmin = 1 ,20 (riêng trường... KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 2. 2 Các u cầu tiêu chuẩn tính tốn lún Độ lún cố kết cho phép lại trục tim đường CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 2. 2 Các yêu cầu tiêu chuẩn tính