ĐẤT ĐẮP
II.1.1 Trình tự khảo sát và tính toán thiết kế thường chắn đất có cốt
Công việc khảo sát thiết kế tường chắn đất có cốt cần theo trình tự sau:
II.1.1.1 Khảo sát điều tra điều kiện địa hình, địa chất tại vị trí dự kiến xây dựng tường chắn đất có cốt.
Về địa hình cần thực hiện các việc sau:
Đo bình đồ 1: 500 trên đó có vạch tuyến dọc vị trí dự kiến bố trí tường;
Đo trắc ngang địa hình thẳng góc với tuyến dự kiến bố trí tường (tuyến này qua mép ngoài của mặt tường); khoảng cách giữa các trắc ngang 10 20m. Đo và lên trắc dọc địa hình theo tuyến dự kiến bố trí thường.
Công tác khảo sát địa chất phải được thực hiện như ở các điều 14.17, 14.18 và 14.19 “Quy trình khảo sát đường ô tô – 22 TCN 263 – 2000”. Trường hợp nghi ngờ có đất yếu thì công tác khảo sát và thí nghiệm địa kĩ thuật phải được thực hiện như ở mục III.3 “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu. 22 TCN 262 – 2000”.
Để đánh giá đất dùng để đắp tường có cốt phải:
Lấy mấu thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu nêu ở mục trên. Đánh giá trữ lượng và điều kiện khai thác đất đắp.
II.1.1.2 Bố trí tường chắn đất có cốt trên bình đồ, trắc dọc và trắc ngang.
Công việc này được thực hiện tương tự như việc bố trí các tường chắn thông thường bằng bêtông ximăng hoặc đá xây (bao gồm cả việc bố trí nối tiếp giữa tường chắn với các đoạn nền đường thông thường ở đai đầu: nối trực tiếp đến tận chỗ nền đào hoàn toàn hoặc nối thông qua ¼ nón).
Cơ sở để bố trí tường là vị trí tuyến đường và nền đường thiết kế trên bình đồ, trắc dọc và trắc ngang.
Phân đoạn tường theo chiều dọc tuyến, mỗi đoạn có chiều cao tường dự kiến khác nhau;
Mặt cắt ngang điển hình trên đó có bố trí tường ở mỗi đoạn; từ đó xác định chiều sâu chôn tường và xác định chiều cao tính toán Htt theo quy định cho mỗi đoạn tường đất có cốt.
II.1.1.3 Dự kiến sơ bộ chiều rộng L của tường chắn đất có cốt.
Trường hợp có áp lực đất đẩy sau tường thì có thể dự tính L theo mục dưới đây. Chiều rộng L dự kiến đồng thời phải thỏa mãn các điều kiện tối thiểu được đề cập.
Trường hợp tường đất có cốt được sử dụng như nền đường đường nhánh ở nút giao thông (tường ngàm) thì bề rộng L được xác định theo yêu cầu của bề rộng nền đường nhưng đồng thời phải thỏa mãn các điều kiện tối thiểu.
Đối với các tường đất có cốt dùng với mục đích bảo vệ môi trường, bề rộng L cũng phải thỏa mãn quy định.
II.1.1.4 Tiến hành kiểm toán ổn định tổng thể (ổn định ngoài) của tường chắn đất
có cốt theo các chỉ dẫn và quy định ở phần trên. Kiểm toán ổn định trượt trên đáy móng và trên cốt ;
Kiểm toán sức chịu tải của đất móng và kiểm toán ổn định nghiêng lật tường; Tính toán độ lún tổng cộng, độ lún theo thời gian của tường ;
Kiểm toán ổn định chung của tường cùng với sườn dốc hoặc nền đất tự nhiên.
II.1.1.5 Dự kiến chọn loại cốt (cốt kim loại hoặc cốt polime), dạng cốt (dạng đai
mỏng, dạng khung, dạng tấm liền…)
II.1.1.6 Dự kiến mặt phá hoại nội bộ khối đất có cốt trong phạm vi thân tường và
tính toán lực kéo lớn nhất mỗi hàng cốt hoặc mỗi lớp cốt phải chịu Tj trên một mét dài tường.
II.1.1.7 Tiến hành kiểm toán ổn định nội bộ khối tường đất có cốt để xác định tiết diện (sức chịu kéo) và chiều dài cốt cần thiết đủ để cốt không bị kéo đứt và
không bị kéo tuột có xét đến tuổi thọ dự kiến thiết kế đối với tường.
II.1.1.8 Dự tính biến dạng dãn dài cốt và kiểm toán so với mức độ dãn dài cốt cho phép theo chỉ dẫn và yêu cầu ở phần trên (không thỏa mãn thì phải thay đổi độ cứng của cốt).
II.1.1.9 Tính toán vè thiết kế các chi tiết liên kết giữa mặt tường với cốt và thiết kế cấu tạo mặt tường.
II.1.1.10 Thiết kế cấu tạo các đoạn tường chắn đất có cốt trên mặt cắt ngang, bình đồ và mặt cắt dọc.
II.1.1.11 Thiết kế và bố trí hệ thống quan trắc lún trong quá trình đắp tường và
sau khi đắp xong tường trong trường hợp tường đặt trên nền đất yếu và cả trong trường hợp chiều cao tường từ 6m trở lên.
II.1.2 Xác định kích thước và kiểm toán ổn định tổng thể (ổn định ngoài) của tường chắn đất có cốt.
II.1.2.1 Nội dung kiểm toán ổn định tổng thể.
Nhờ bố trí cốt tăng cường nên khối đất có cốt tạo thành tường chắn được xem như một khối cứng (luôn duy trì được hình dạng tường) giống như các tường xây đá hoặc bêtông thông thường đặt trên nền đất tự nhiên (hoặc móng, nếu có). Do vậy, việc kiểm toán ổn định tổng thể tường chắn đất có cốt cũng tương tự như đối với tường chắn thông thường, cụ thể là phải kiểm toán các nội dung dưới đây: - Dưới tác dụng của áp lực đất sau lưng tường và áp lực đẩy của các tải trọng ngoài
khác (hoặc tải xe cộ…) thường không bị đẩy trượt trên đáy tường về phía trước và không bị đẩy trượt trên mặt các lớp cốt về phía trước.
- Dưới tác dụng cũng của các lực đẩy nói trên, khối tường đất có cốt phải nặng để không bị lật nghiêng quanh điểm chân tường phía mặt tường.
- Áp lực do các lực đẩy nói trên và do tải trọng bản thân tường truyền xuống móng đáy tường không được vượt quá sức chịu tải của nền móng.
- Dưới tác dụng của các tải trọng thường xuyên (không kể hoạt tải) tường phải không được lún quá mức quy định và việc lún tường không được để ảnh hưởng đến nhà cửa hoặc các công trình lân cận (không làm chúng bị lún theo).
- Trọng lượng bản thân của tường không gây ra phá hoại trượt cả sườn dốc tự nhiên hoặc vùng đất trên đó xây dựng tường.
II.1.2.2 Số liệu đầu vào và sơ đồ tính toán
- Chiều cao tường H
- Góc giữa đất đắp và tường θ
- Tuổi thọ công trình ts - Đất đắp có cốt:
+ γr: dung trọng đất + φr: góc nội ma sát
- Đất đắp sau tường + γb: dung trọng đất + φb: góc nội ma sát - Cốt gia cường
Hình 2.1: Sơ đồ tính toán trường hợp trên đỉnh tường có mặt đất nằm ngang và có tải trọng phân bố đều
a) Đất trên đỉnh tường dốc đều βo; b) Đất trên đỉnh tường gẫy khúc; β ở hình b và I ở hình a
Hệ số áp lực chủ động Ka đối với tường đất có cốt được xác định theo lí thuyết Coulomb đối với trường hợp lưng tường thẳng đứng và không có ma sát giữa đất đắp với lưng tường:(2-1)
Trong đó:
θ: Góc giữa đất đắp và lưng tường (tường thẳng đứng thì θ=90o) – góc của mái dốc đất sau tường
φb: góc nội ma sát tính toán của đất sau lưng tường.
δ: Góc ma sát giữa đất đắp và tường.
Tải trọng xe cộ tác dụng ở phía trên đỉnh tường (nếu có) sẽ được xác định như sau:Tải trọng xe cộ tác dụng ở phía trên đỉnh tường được xem là phân bố đều qeq, tương đương với một lớp đất đắp có chiều cao heq:
qeq = b.heq (2-2)
Chiều cao lớp đất tương đương với tải trọng xe cộ được xác định theo bảng 2.1
Bảng 2.1. Chiều cao tương đương heq (m)
Chiều cao tường tính toán H (m) heq (m) 1,5 3,0 6,0 9,0 1,70 1,20 0,67 0,61
Ghi chú: Chiều cao tính toán H được xác định như ở hình 2.20. (Tường càng cao, bề rộng khối nêm phá hoại sau tường tại vị trí đỉnh tường càng lớn, diện phân bố tải trọng xe cộ càng rộng do vậy heq càng nhỏ đi).
Bảng 2.2: Bảng tổng hợp hệ số tải trọng
Tổ hợp tải trọng EV DC LL/LS ES EH FR Cường độ I-a 1.00 0.90 1.75 0.75 0.90 1.00 Cường độ I-b 1.35 1.25 1.75 1.50 1.50 1.00 Sử dụng 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
II.1.2.3. Xác định sơ bộ kích thước của tường chắn đất có cốt.
- Xác định chiều sâu chôn tường tối thiểu d≥H/20 - Bề rộng tường L ≥0,7H
II.1.2.4. Tính toán toán điều kiện ổn định trượt trên đáy móng.
Hình 2.3: ổn định trượt trên đáy móng
Khi kiểm toán điều kiện ổn định trượt trên đáy móng về phía trước của tường chắn đất có cốt, để tăng an toàn thường bỏ qua áp lực bị động của phần đất chôn móng phía trước tường và bỏ qua áp lực tác dụng của xe cộ trên đỉnh tường.
Điều kiện ổn định trượt trên đáy móng phía trước tường và bỏ qua lực tác dụng của xe cộ trên đỉnh tường.
Sức kháng trượt giữa tường chắn đất có cốt và nền móng là: RR = φτ Rτ (2-3)
Trong đó:
φτ: hệ số sức khánggiữa tường chắn đất có cốt và móng. Rτ:sức kháng danh định giữa tường chắn đất và móng 1. Tính toán các lực tác dụng lên tường chắn đất có cốt:
- Với tường chắn đất trên đỉnh tường nằm ngang: F1=1/2Kab γb H2 (2-4)
Với tải trọng chất thêm sau lưng tường: F2=Kab q H(2-12)
Trong đó:
Kab: Hệ số áp lực chủ động sau lưng tường
γb: Khối lượng riêng của đất đắp sau lưng tường chắn đất có cốt H: Chiều cao của tường chắn đất có cốt
q: tải trọng động rải đều sau lưng tường chắn - Với tường chắn trên đỉnh tường là dốc
FT=1/2Kab γb h2 (2-5) Kab: Hệ số áp lực chủ động sau lưng tường h: Tổng chiều cao của tường chắn
2. Xác định các lực nằm ngang tác dụng lên lưng tường chắn đất có cốt: - Với tường chắn đất trên đỉnh tường nằm ngang:
∑F=F1+F2 Pd=γEH.F1+γLS.F2 (2-6)
- Với đất đắp trên đỉnh tường dốc đều FH=FT.cosβ
Pd=γEH.Fh=γEH.FT.cosβ (2-7)
Trong trường hợp này lấy giá trị lớn nhất của hệ số tải trọngγEH vì nó gây ra lực trượt lớn nhất lên tường chắn đất có cốt.
3. Tính toán lực kháng trượt.
- Với tường chắn đất trên đỉnh tường nằm ngang: Rr=γEV.V1.µ (2-8)
- Với đất đắp trên đỉnh tường dốc đều
Rr=[γEV(V1+V2)+ γEHFT.sinβ].µ (2-9) Trong đó: µ là góc ma sát nhỏ nhất (giữa tgφ'f’ và tgφr’)
Lấy hệ số tải trọng γEV là giá trị nhỏ nhất (=1) để đưa vào tính toán ở phương trình trên vì nó sẽ cho giá trị nhỏ nhất của Rr.
4. So sánh giá trị của Pd và Rr: nếu Pd<Rr thì tường chắn ổn định về mặt chống trượt.
Nếu Pd>Rr thì tường chắn mất ổn định về trượt, khi đó ta phải kéo dài bề rộng của tường chắn đất có cốt L cho đến khi thỏa mãn điều kiện về trượt.
II.1.2.5. Tính toán ổn định nghiêng lật
Hình 2.4: ổn định nghiêng lật
Độ lệch tâm e được xác định theo công thức sau: (2-10)
Trong đó: ∑MD: Tổng momen chống lật
∑MR:Tổng momen gây lật
∑V: Tổng áp lực thẳng đứng tác dụng lên móng - Với tường chắn đất trên đỉnh tường nằm ngang:
(2-11)
- Với đất đắp trên đỉnh tường dốc đều: (2-12) - Điều kiện ổn định chống nghiêng lật.
Để đảm bảo yêu cầu này độ lệch tâm e của tổng phản lực các lực thẳng đứng tác dụng lên móng phải nhỏ hơn emax. Trong đó emax được xác định như sau:
+ Tường đặt trên móng đất emax=
II.1.2.6. Tính toán toán về sức chịu tải của đất móng
1. Xác định áp lực qr do tường chắn đất có cốt gây ra trên móng:
(2-14) Trong đó:
∑V: Tổng các lực theo phương thẳng đứng. L: Bề dài của tường chắn đất có cốt.
σB: Độ lệch tâm tính cho chịu tải của móng. - Tính độ lệch tâm eB
+ Với tường chắn đất trên đỉnh tường nằm ngang: (2-15)
- Ứng suất tại đáy móng:
+ Với tường chắn đất trên đỉnh tường nằm ngang: (2-14)
+ Với đất đắp trên đỉnh tường dốc đều: (2-16)
2. Xác định sức kháng đỡ danh định của đất nền. qn=cf.Nc+0,5L’.γf.Nγ (2-17)
Trong đó:
cf: lực dính của đất ở móng tường chắn đất có cốt
γf: trọng lượng riêng của đất móng tường chắn Nc, Nγ: hệ số khả năng chịu tải của đất nền L’: chiều dài tính toán của tường chắn, L’=L-2eB
3. Xác định sức kháng đỡ tính toán của đất nền qR=φ.qn (2-18)
4. So sánh ứng suất đáy móng σV-F và qR:
Nếu σV-F ≤ qR thì nền đất thỏa mãn yêu cầu về sức kháng đỡ
II.1.2.7. Lún và tính toán độ lún của tường chắn đất có cốt.
1. Xác định độ lún cho phép.
Như đã nói trên, tư vấn thiết kế cần phải căn cứ vào chức năng , yêu cầu sử dụng đối với tường và sự có mặt của các công trình liền kề để đưa ra quy định về độ lún cho phép; lúc này có thể tham khảo các chỉ dẫn dưới đây:
Nếu tường chắn được sử dụng như một phần của nền đường thì khi xác định độ lún tổng cộng cho phép có thể tham khảo quan điểm về độ lún cố kết cho phép còn lại sau khi hoàn thành áo đường và các quy định ở điểm II.2.3 “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu” – 22 TCN 262 – 2000” của nước ta và có thể lấy bằng 10cm nếu đoạn tường chắn gần kề mố cầu và bằng 30cm nếu nằm trên đoạn nền đắp thông thường.
Nếu tường chắn đất có cốt chỉ dùng làm công trình chống đỡ nền đườnghoặc chống đỡ các khối trượt sườn thì độ lún cho phép sau khi công trình hoàn thành cũng tương tự như yêu cầu đối với các tường chắn xây đá khác (không cho phép lún hoặc lún rất ít).
2. Tính toán lún và thiết kế hệ thống quan trắc lún của tường chắn đất có cốt.
Việc tính toán lún của đất nền móng dưới tường chắn đất có cốt vẫn được thực hiện theo lí thuyết cơ học đất thông thường như đối với các công trình tường chắn, mố cầu khác (kể cả về độ lún tổng cộng, độ lún đàn hồi, độ lún cố kết theo thời gian và độ lún từ biến) với những chú ý sau:
- Không xét đến các tải trọng động khi xác định độ lún cố kết;
- Có thể sử dụng sơ đồ tải trọng tác dụng lên đất móng là sơ đồ phân bố đều qr trong phạm vi L – 2e để tính lún (qr và L – 2e được xác định như trên).
- Có thể tham khảo phương pháp tính các thành phần lún và cách xác định các thông số tính toán lún như ở điểm 10.6.2.2.3 của “Tiêu chuẩn thiết kế cầu song ngữ 22 TCN – 272.01”;
- Trong trường hợp tường chắn đất có cốt đặt trên nền móng là đất yếu thì việc tính lún và xác định các thông số tính lún có thể tham khảo ở mục IV “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262 – 2000”.
Do kết quả tính lún chỉ mang tính dự báo nên trong mọi trường hợp xây dựng tường chắn đất có cốt (trừ trường hợp tường đặt trên móng đá biết chắc là không lún) đều cần thiết kế, bố trí trước hệ thống quan trắc lún và dịch chuyển ngang của đất nền móng trong quá trình thi công đắp tường, đặc biệt là các trường hợp tường chắn cao và các trường hợp tường chắn đặt trên nền móng là đất yếu.
Yêu cầu về quan trắc dự báo lún, yêu cầu về thiết kế hệ thống quan trắc lún và dịch chuyển ngang có thể tham khảo điểm 2.2.5 và mục 2.3 ở “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262 – 2000”.
Cần dựa vào kết quả quan trắc để quyết định tốc độ đắp tường; dự báo thời gian kết thúc lún tường, từ đó đưa ra quyết định về việc xây dựng mặt đường phía trên tường và hoàn thiện nền đắp trên tường v.v…
Khi cần thiết có thể thiết kế phân đợt thi công xây dựng tường đất có cốt để tạo điều kiện cho đất nền móng cố kết và tăng cường độ chống cắt trước khi tiếp tục thi công đợt sau. Nếu nền móng là loại đất yếu, lún nhiều thì càng nên thiết kế