Ứng dụng bệ phản áp vào ổn định nền đường với kích thước tối ưu nhất

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHẤN Cán chấm nhận xét 1: TS PHẠM VĂN HÙNG Cán chấm nhận xét 2: TS ĐẶNG ĐẤNG TÙNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 22 tháng 07 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS LÊBÁVINH TS ĐÕ THANH HẢI TS PHẠM VĂN HÙNG TS ĐẶNG ĐĂNG TÙNG TS LÊ VĂN PHA Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đanh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN ĐỨC THƯỞNG MSHV: 7140776 Ngày, tháng, năm sinh: 28/07/1987 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên ngành: Địa kỹthuật xây dựng Mã ngành: 60 58 02 11 I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng bệ phản áp vào ổn định đường với kích thước tối ưu II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: NHIỆM VỤ: - Nghiên cứu cách tính toán tối ứng cho bệ phản áp - Nghiên cứu kích thước tối ưu cho chiều cao đất đắp - Mô làm việc bệ phản áp phần mềm Geoslope ver2007 để phân tích đánh giá làm việc bệ phản áp việc gia co đường NỘI DUNG: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan bệ phản áp - Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn cho bệ phản áp - Chương 3: ứng dụng bệ phản áp để ổn định đường cho tuyến đường quốc lộ 61B, tinh Hậu Giang - Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/08/2015 IV NGÀY HOÀN THẨNH NHIỆM VỤ: 17/06/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS VÕ PHÁN Tp HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016 CÁN Bộ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN PGS-TS VÕ PHÁN PGS.TS LÊ BÁ VINH TRƯỞNG KHOA PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM LỜI CẢM ƠN Luận văn tổng hợp chương trình đào tạo Qua luận vãn, thầy đánh giá cách tổng qt trình độ chun mơn học viên, học viên củng cố kiến thức qua trình học tập nghiên cứu trường Luận văn Thạc sĩ hoàn thành đảm bảo nội dung tiến độ nhờ hướng dẫn tận tình nhiệt huyết PGS.TS VÕ PHÁN Tác giả xin bày tỏ lòng tri ân chân thành đến PGS.TS VÕ PHÁN thầy môn tạo điều kiện tốt cho em học tập nghiên cứu, tận tâm giảng dạy cung cấp cho em nhiều kiến thức, tài liệu quý báu Xỉn chân thành cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa, Ban Lãnh Đạo khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Phòng Đào tạo Sau Đại học giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập Cuối xin bày tỏ lòng ghi ơn tri ân sâu sắc đến gia đình ln động viên giúp đỡ nhiều suốt thời gian thực Luận vãn HỌC VIÊN TRẦN ĐỨC THƯỞNG TÓM TẮT Tên đề tài: “Ứng dụng bệ phản áp vào ổn định đường với kích thước tối ưu nhất’ Tóm tắt: Nước ta có nhiều vùng lãnh thổ thành tạo từ đất yếu, đặc biệt vùng đồng sông Cửu Long Ở vùng đồng bằng, đất yếu chủ yếu Những vùng dân cư đông đúc chiếm vị trí quan trọng Sự ổn định gây hư hỏng đường đắp xảy vùng đất yếu này, rõ ràng nguyên nhân chủ yếu từ đất yếu biện pháp xử lý chưa phù hợp Nghiên cứu bệ phản áp cho việc tăng độ ổn định yếu tố cần thiết Liên quan đến bệ phản áp ổn định cho đường, bên cạnh ưu điểm thường dùng để tăng độ ổn định khối đất đắp đường đê đất yếu Phương pháp đơn giản song có giới hạn phát sinh độ lún phụ bệ phản áp diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản áp Chiều cao chiều rộng bệ phản áp thiết kế từ tiêu sức kháng cắt đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu trọng lượng bệ phản áp Bệ phản áp sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi cát sủi để làm rõ ưu điểm nhược điểm Đề tài nêu lên ưu điểm hạn chế bệ phản áp gia cố đường Từ đó, cung cấp cho quan tâm đến lĩnh vực thiết kế thi công tuyến đường khác địa phương ABSTRACT Topic name: “Application Counterweight berm the roadbed stability with optimal size” Summary: Our country has more territories from soft soil formations, especially the Mekong River delta In the plains, the land is mostly weak These areas are densely populated and occupied an important position Instability damage persists embankment on soft soil, apparently the main cause of weak soil and treatments are not appropriate Research on counter pressure pad for reinforcing foundations are also essential elements Concerning counter-pressure pads for road base reinforcement, besides the advantages commonly used to increase the stability of the embankment of the roaddike or background on soft ground The simplest method is limited but there arise secondary settlement tanks, pressure and land area to build counter-pressure pad The height and width of the platform is designed to counter pressure from the indicators of weak soil shear strength, thickness, depth and weight of soft soil of counter pressure pad Trays counter pressure is also used to protect dykes and sand sparkling effervescent circuit protection, to clarify the advantages and disadvantages The theme also highlights the advantages and limitations of counter-pressure pad in reinforced embankment From there, providing those interested in the field of design and construction of other roads in the area LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận vãn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thưc sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức thực nghiệm, thu thập số liệu, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tế hướng dẫn thầy PGS.TS Võ Phán Các số liệu, mơ hình tính tốn kết luận vãn trung thực, xuất phát từ thực tiễn, số liệu, sở lý thuyết rõ nguồn trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Học viên thực Trần Đức Thưởng MỤC LỤC MỞ ĐẦU Đặt vấn đề 01 Mục tiêu nghiên cứu 01 Phạm vi nghiên cứu 02 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 02 4.1 Ý nghĩa khoa học 02 4.2 Ý nghĩa thực tiễn 02 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 02 CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ BỆ PHẢN ÁP 1.1 Nền đường đắp 03 1.2 Nền đất yếu 04 1.2.1 Khái niệm đất yếu 04 1.2.2 Nền đất yếu Việt Nam 04 1.2.3 Hiện tượng ổn định đường đắp đất yếu 05 1.3 Tải trọng đqờng đắp tác dụng lên đất tự nhiên 06 1.4 Trạng thái ứng suất tải trọng giới hạn đất 06 1.4.1 Cân đàn hồi cân dẻo 06 1.4.1.1 Đất vật liệu đàn - dẻo lý tưởng 06 1.4.1.2 Đất vật liệu cứng - dẻo lý tưởng 09 1.4.2 Lý thuyết biến dạng tuyến tính 10 1.4.3 Lý thuyết cân giới hạn 15 1.4.3.1 Cơ sở lý thuyết cân giới hạn 15 1.4.3.2 Hệ phương trình 15 1.4.3.3 Các lời giải hệ phương trình 16 1.4.4 Lý thuyết đàn - dẻo dùng cho khối đất 17 1.4.4.1 Tải trọng giới hạn đàn hồi 18 1.4.4.2 Bài toán hỗn hợp đàn - dẻo khối đất 18 1.4.4.3 Lý thuyết Cam - Clay 19 1.4.5 Các phương pháp dùng mặt trượt giả định 19 1.4.5.1 Phương pháp mặt trượt giả định mặt phẳng 19 1.4.5.2 Phương pháp mặt trượt trụ tròn 19 1.4.5.3 Phương pháp mặt trượt theo lý luận cân với đồng 19 1.4.6 Phương pháp phân tích giới hạn 22 1.4.7 Phương pháp xác định ứng suất theo điều kiện ứng suất tiếp lớn đạt giá trị nhỏ đất 23 1.5 Giải pháp tăng cường sức chịu tải (tải trọng giới hạn) đất yếu 23 1.6 Giới thiệu bệ phản áp 24 1.6.1 Các đặc trưng yêu cầu bệ phản áp 26 1.6.2 Phân tích ưu nhược điểm bệ phản áp gia cố đường 27 1.6.2.1 Ưu điểm 27 1.6.2.2 Nhược điểm 27 1.6.3 Tính tốn bệ phản áp nguyên lý làm tăng độ chôn sâu đắp 27 1.6.4 Tính tốn bệ phản áp theo dạng làm xoải taluy đường đắp 30 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN CHO BỆ PHẢN ÁP 34 2.1 Đặt vấn đề 34 2.2 Khảo sát quan hệ tải trọng giới hạn đất yếu với tải trọng bệ phản áp 35 2.2.1 Quan hệ tải trọng giới hạn chiều rộng tải trọng bệ phản áp 35 2.2.2 Quan hệ tải trọng giới hạn với cường độ tải trọng bệ phản áp 37 2.3 Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp làm tăng tải trọng giới hạn đất yếu tải trọng đường đắp 39 2.3.1 Trường hợp khơng xét góc ma sát đất yếu 39 2.3.1.1 Xây dựng toán đồ thiết kế bệ phản áp 39 2.3.1.2 Nghiên cứu tải trọng bệ phản áp hợp lý 41 2.3.2 Trường hợp xét góc ma sát đất yếu 46 2.4 Nghiên cứu bệ phản áp rộng vô hạn để làm tăng tải trọng giới hạn đất yếu đường đắp 48 2.4.1 Quan hệ tải trọng giới hạn đất yếu cường độ tải trọng bệ phản áp rộng vô hạn 48 2.4.2 Xây dựng toán đồ thiết kế bệ phản áp rộng vô hạn 50 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG BỆ PHẢN ÁP ĐỂ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG CHO TUYẾN ĐƯỜNG QUÔC LỘ 61B, TỈNH HẬU GIANG 52 3.1 Giới thiệu cơng trình Quốc lộ 61B 52 3.2 Điều kiện tự nhiên 53 3.2.1 Vị trí khu vực 53 3.2.2 Địa hình khu vực 53 3.2.3 Điều kiện khí hậu 53 3.2.4 Điều kiện địa chất 53 3.3 Tính tốn cho tuyến đường quốc lộ 61B, tỉnh Hậu Giang 55 3.3.1 Tính tốn tải trọng giới hạn chiều rộng tải trọng bệ phản áp cho cơng trình 55 3.3.2 Tính tốn tải trọng giới hạn với cường độ tải trọng bệ phản áp 57 3.3.3 Chiều rộng hợp lý cường độ hợp lý 59 3.4 tính tốn tác dụng bệ phản áp lên độ ổn định đất đắp, độ lún lệch đất phần mềm Geoslope cho tuyến đường quốc lộ 61B, tỉnh Hậu Giang 60 3.4.1 Xác định kích thước ban đầu bệ phản áp64 3.4.2 Phân tích ảnh hưởng của bệ phản áp lên mức độ ổn định cơng trình theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn chọn lựa kích thước bệ phản áp hợp lý 67 3.4.3 Tác dụng bệ phản áp lên phân bố độ lún đất yếu cơng trình đắp 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 46 Vùng I: vùng giới hạn hai đường chiều rộng cường độ hợp lý, cho ta quan hệ cường độ chiều rộng hợp lý tải trọng bệ phản áp; Vùng II: vùng phía trái đường chiều rộng hợp lý, cho ta chiều rộng không hợp lý tải trọng bệ phản áp; Vùng III: vùng phía phải đường cường độ hợp lý, cho ta cường độ không hợp lý tải trọng bệ phản áp Nhận thấy lựa chọn bệ phản áp ảnh hưởng đến tải trọng giới hạn đất mà ảnh hưởng lớn đến việc chiếm dụng mặt tốn vật liệu đắp bệ phản áp Cần chọn tải trọng bệ phản áp có thông số (cường độ q chiều rộng L) thuộc vùng I hình 2.5 điều kiện sau: L< (2.8) ụ + 3,08 b ) c Ĩ95 Điều kiện (2.8) suy từ công thức (2.1b) (2.4b) 2.3.2 Trường hợp xét góc ma sát đất yếu Để thuận tiện cho việc tính tốn thiết kế bệ phản áp có xét đến góc ma sát đất yếu, thông qua việc tra tốn đồ bảng biểu, kiến nghị cơng thức xác định tải giới hạn sau: qgh=q°ghf((p) (2.9) đó: q°gh - tải trọng giới hạn đất yếu không xét trọng lượng thân góc ma sát trong, tra tốn đồ hình 2.3 bảng 2.3; f(tp) - hệ số xét đến ảnh hưởng góc ma sát trong, f(cp) 1,0 Khảo sát trường hợp tải trọng giới hạn đất yếu tương ứng với góc ma sát khác xác định f((p) theo công thức (2.10) sau: P

= 5°; ọ = 10° ọ = 15° tổng hợp bảng 2.5 Bảng 2.5 Hệ số xét đến ảnh hưởng góc ma sát trong, /fcp) q/c (L/b)ir , 0,5 1,5 Nền đất yếu: c 0; Y = 0;