* Xử lý nền bằng đệm cát :
Phạm vi áp dụng : Giải pháp xử lý bằng đệm cát hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hịa nước và chiều dày của nĩ nhỏ hơn hoặc bằng 3,0m, chiều cao đê từ 6 ÷ 9m, mực nước ngầm thấp khơng cĩ áp và nguồn cát ở gần vị trí thi cơng.
Để tận dụng khả năng chịu tải của các lớp đất nền tốt hơn ở phía dưới, đào bỏ lớp đất yếu hoặc một phần lớp đất yếu phía trên tiếp giáp với đáy mĩng đê (thường là sét nhão, bùn, than bùn…) và thay thế bằng đất cát (đệm cát) cĩ cường độ chống cắt lớn, dễ thi cơng và là vật liệu địa phương. Tầng đệm cát lúc này cĩ những tác dụng sau đây:
- Giảm độ lún của nền cơng trình và độ lún khơng đều, đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền khi chịu tải trọng ngồi.
- Làm tăng khả năng ổn định của đê kể cả khi cĩ tải trọng ngang tác dụng (trường hợp đê làm nhiệm vụ ngăn lũ), vì cát được nén chặt sẽ làm tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt.
- Đệm cát đĩng vai trị như một lớp chịu lực, cĩ khả năng tiếp thu được tải trọng của cơng trình và truyền tải trọng đĩ xuống lớp đất chịu lực phía dưới.
- Cường độ cắt của đất cát lớn do đĩ cĩ khả năng chịu tải lớn.
Đê Lớp đệm cát m 1 Lớp đất yếu Lđ h đ m2 m1 b bm = b + m1.H H Lớp lọc chống đùn cát Lớp đất chống thấm Hình 4.7: Mặt cắt ngang xử lý nền đê bằng đệm cát + Thiết kế đệm cát :
Khi thiết kế đệm cát phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây : - Lớp đệm cát phải ổn định dưới tác dụng của tải trọng ngồi
- Áp lực trên mặt lớp đất ở đáy lớp đệm do tải trọng đê gây ra phải nhỏ hơn áp lực tiêu chuẩn ở trên mặt lớp đất đĩ.
- Độ lún tồn bộ của lớp đệm cát và lớp đất nằm dưới cũng như độ lún khơng đều của mĩng phải nhỏ hơn giá trị giới hạn quy định trong quy phạm thiết kế hiện hành.
Thiết kế đệm cát bao gồm: xác định kích thước lớp đệm cát, độ lún tồn bộ của đê xây trên đệm và vật liệu làm đệm.
Kích thước đệm cát :
- Xem lớp đệm cát như một bộ phận của mĩng và tính như mĩng nơng trên nền đất tự nhiện.
- Xem lớp đệm cát như một bộ phận của đất nền tức là đồng biến tuyến tính. Khi này cĩ thể vận dụng các quy luật phân bố ứng suất của cơ học đất, tuy cũng chỉ gần đúng nhưng cĩ cơ sở khoa học hơn. Đĩ là dựa theo điều kiện biến dạng của đất nền. Kích thước đệm cát được thiết kế theo điều kiện này phải thỏa mãn điều kiện:
σ1 + σ2 ≥ Rtc (4.1)
β bc
z
ptl
Hình 4.8: Sơ đồ tính ứng suất tại một điểm trong nền
Trong đĩ:
σ1 : ứng suất thường xuyên do trọng lượng bản thân đệm cát tác dụng trên mặt đất yếu dưới lớp đệm : σ1 = γc.hc (γc và hc : trọng lượng thể tích lớp đệm cát và chiều dày đệm cát.
σ2 : ứng suất tăng thêm do tải trọng gây ra trên mặt lớp đất yếu dưới đáy đệm cát : σ2 = (p/π).(β+ sinβ), trong đĩ β là gĩc hợp bởi 2 đường thẳng nối từ điểm cần tính ứng suất tăng thêm đến 2 điểm kết thúc tải trọng đất đắp, β = 2arctang(bm/2hc), (hình 4.8);
p: tải trọng đất đắp đê, p = γđđ.H.
Biểu đồ phân bố áp lực đất của đê lên đất nền cĩ dạng hình thang cân, để thuận tiện cho việc tính tốn ta đưa về dạng hình chữ nhật với đáy là đường trung bình của hình thang cân (hình 4.9) : bm = b + m1.H
α α p Lớp đệm cát bc h c bm = b + m1.H
Hình 4.9 : Sơ đồ tính tải trọng đất đắp đê
Rtc : áp lực tiêu chuẩn ở trên mặt lớp đất yếu dưới đáy lớp đệm cát. Áp lực tiêu chuẩn Rtc xác định theo quy phạm thiết kế nền mĩng:
Rtc = m ( A.bc.γđn + B.γc.hc + D.ctc ) (4.2)Trong đĩ : Trong đĩ :
m : hệ số điều kiện làm việc của đất nền;
bc : bề rộng đáy mĩng quy ước, bc = bm + 2hđtgα;
γđn : trọng lượng thể tích đất nền nằm phía dưới đệm cát; ctc : lực dính đơn vị của đất nền nằm phía dưới đệm cát; A; B; D : các trị số phụ thuộc vào ϕtc, tra bảng;
Chiều dày lớp đệm cát hc xác định theo cơng thức gần đúng:
hc=K.b (4.3)
Trong đĩ:
K: hệ số phụ thuộc tỷ số l/b ( = ∞) và R1/R2 , cĩ thể tra bảng; B: chiều rộng mĩng, b = bm;
R1: áp lực tiêu chuẩn ở trên mặt lớp đệm cát; R2 áp lực tiêu chẩn ở dưới đáy lớp đệm cát.
Để đất nền xung quanh lớp đệm cát ổn định thì lớp đệm cát cĩ chiều rộng đủ để tải trọng của đê khơng gây ra biến dạng ngang lớn (nằm trong giới hạn cho
phép). Để đảm bảo yêu cầu trên gĩc truyền lực α lấy bằng gĩc ma sát trong ϕ của đệm cát hoặc α = 300÷ 450
Chiều rộng đệm cát xác định theo cơng thức đơn giản :
bc = bm +2hctgα (4.4)Độ lún S dưới mĩng cơng trình được xác định theo biểu thức: