Tính toán thiết kế

2.8 Giải pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu cho nền đường

2.8.2 Tính toán thiết kế

Trạng thái giới hạn I (TTGH cường độ): Kiểm tra các sức chịu tải của cột đơn, sức chịu tải của nhóm cột. Kiểm tra ổn định trượt sâu nền hỗn hợp ( ổn định mái taluy).

Trạng thái giới hạn II (TTGH sử dụng): Kiểm tra điều kiện biến dạng của nền hỗn hợp

2.8.2.1.Tổ hợp tải trọng - Tải trọng tính lún

Gồm lớp đất đắp thiết kế tính tới đỉnh cột đất (htk), lớp đất đắp bù lún (h1)

Pgl = (htk + h1)* dd (2.36) Trong đó:

Pgl : ứng suất do tải trọng gây lún tác dụng lên mặt phẳng đỉnh cột đất htk , h1 : chiều cao đất đắp, chiều dày lớp đất đắp bù lún

γdd :Dung trọng của đất đắp - Tải trọng kiểm toán sức chịu tải

Tải trọng kiểm toán sức chịu tải gồm tải trọng thường xuyên và hoạt tải khai thác

Tải trọng thường xuyên : tải trọng tính lún

2.8.2.2.Tính sức chịu tải của cột đất gia cố, của nền hỗn hợp [16][17]

- Kiểm toán sức chịu tải của cột đơn.

Kiểm toán theo vật liệu cột Cường độ chịu tải giới hạn của cột đất gia cố:

col creep

 = 0.9colfailure   vcol

(2.37)

col failure

 = 2 Su + 3,h (2.38)

 h = ,vo+0.5  v (2.39) Trong đó

col creep

 - Cường độ chịu tải trọng dài hạn của cột đất gia cố

col failure

 - Cường độ giới hạn của cột đất gia cố

Su Cường độ kháng cắt không thoát nước

,h Ứng suất hữu hiệu theo phương ngang (áp lực hông)

,vo - ứng suất hữu hiệu theo phương đứng giữa cột và đất nền

 v - ứng suất do tải trọng chất lên đầu cột

 vcol - ứng suất do tải trọng dài hạn trên thân cột

Kiểm toán theo đất nền

Kiểm toán theo điều kiện đất nền được thực hiện theo phương pháp hệ số tải trọng. Điều kiện :

Fs = Qcol/Pac  2.0

Sức chịu tải của cột đất theo điều kiện đất nền:

Qcol = (π*D*Lc + 2.25*π*D2)*Su

(2.40) FS- Hệ số an toàn.

Qcol-Sức chịu tải danh định của cột đơn.

Pac- Tải trọng tính toán của một cột đơn bao gồm cả hoạt tải.

D- Đường kính cột.

Lc- Chiều dài cột.

Su- Sức kháng cắt không thoát nước của đất nền.

Sức chịu tải của nhóm cột đất

Kiểm toán theo điều kiện đất nền được thực hiên theo phương pháp hệ số tải trọng. Điều kiện:

FS= Qgroup/Pgroup 2.0 Sức chịu tải của nhóm cột được tính theo công thức của Brom-2001:

Qgroup = 2*Su*Lc*(B+L) + np * Su*B*L (2.41) Tải trọng tính toán:

Pgroup= (Pgl + Pht)*B*h (2.42)

Trong đó:

Qgroup- Sức chịu tải danh định của nhóm cột.

Pgroup- Tải trọng tính toán của nhóm cột.

B- Bề rộng nhóm cột.

L- Chiều dài của nhóm cột trên mặt bằng, lấy l= 30m ứng với đoạn chia nhỏ nhất.

Lc- Chiều dài cột.

Su- Sức kháng cắt không thoát nước của đất nền.

np- Hệ số liên quan tới hình dạng móng, np= 6÷9. Trường hợp móng băng, np=6.

Pgl, Pht- Các trị số ứng suất do tải trọng gây lún và hoạt tải tác dụng trên mặt phẳng đỉnh cột đất.

2.8.2.3 Tính độ lún [10]

Tính lún cho phạm vi nền được xử lý và phần nền không đước xử lý - Tính lún cho phạm vi nền được xử lý

Độ lún tổng (S) của nền đất yếu được xử lý bằng cột đất xi măng được xác định như sau:

S = S1 + S2 (2.43)

Trong đó:

S1 : độ lún của khối đất được gia cố S2 : độ lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố Độ lún của khối gia cố

S1 =

Etd

qH

(2.44)

Trong đó:

q – Tải trọng công trình truyền lên khối gia cố H - Chiều dày lớp đất gia cố

Etd - Mô đun đàn hồi của nền tương đương Độ lún của đất nền dưới khối gia cố

Độ lớn S2 được tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp (xem phụ lục 3 TCXD 45 – 78), áp lực đất phụ thêm trong đất có thể tính theo lời giải cho bán không gian biến dạng tuyến tính (tra bảng) hoặc phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1). Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vượt quá 10% áp lực đất tự nhiên

Tính độ lún theo thời gian và kiểm tra độ lún dư.

S(t) = S1(t) + S2(t) (2.45) Trong đó:

S1(t) : Độ lún sau thời gian (t) của khối đất được gia cố S2(t) : Độ lún sau thời gian (t) của khối đất chưa gia cố, dưới mũi cọc Xác định độ lớn cố kết của nền đất yếu được xử lý bằng cột đất gia cố XM:

S1(t) = S1.U

U = 1 – exp[

) ( . 2

2 f n

R t ch

 ] (2.46)

Trong đó:

U: độ cố kết ch : hệ số cố kết theo phương ngang của đất tự nhiên, ch = 1.5cv; t : Thời gian cố kết;

R : bán kính ảnh hưởng của cột đất. Với cột bố trí hình ô vuông, R = 0,53d;

  2 2 2

2

2 2 2

2

1. 1. 4 )

1 1 1( 75 . 0 1ln )

( D

coc datL k k r n n n n n

n n n

f 









   

  (2.47)

n = R/r với r là bán kính cột gia cố;

d : Khoảng cách giữa các tâm cột đất gia cố;

LD: Chiều dài thoát nước = chiều dài cột đất gia cố;

kđất sét : Hệ số thấm tự nhiên của đất chưa gia cố;

kcoc : Hệ số thấm của vật liệu cột; kcột/kđất sét = 100

Tính toán độ cố kết của đất nằm dưới mũi cột đất xi măng (áp dụng cho đất dính)

- Độ cố kết U của đất dưới mũi cột được xác định tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv:

Tv = t H Cvtb

2 ,

2 2

) (

vi i tb a

v

C h C z



 (2.48)

- Độ lún cố kết sau thời gian t : St = Sc*Uv

- Phần lún còn lại sau thời gian t: ΔS = (1 - U)*Sc

Trong đó:

Tv: Nhân tố thời gian theo phương đứng, H: Chiều sâu thoát nước cố kết theo phương đứng

: Hệ số cố kết trung bình theo phương đứng trong phạm vi chiều sâu nén lún Za

hi: bề dày các lớp đất nằm trong phạm vi Za có hệ số cố kết khác nhau Cvi

Kiểm tra giới hạn độ lún Độ lún còn lại sau thời gian thi công:

dS = S – S(t) [SL] (2.49) Trong đó:

[SL] : Giới hạn độ lún dư cho phép.

dS : Độ lún dư thiết kế (của nền đã được gia cường)

- Tính lún cho phần nền không được xử lý

Tính độ lún cố kết.

- Với đất thông thường: vzi  ipz

] lg

1 [

1 0

i vz

i vz i i z c n

i

i i

c C

e S H





 

 



(2.50)

- Với đất quá cố kết: vzi < ipz và iz < ipz - vzi

] lg

1 [

1 0

i vz

i vz i i z r n

i

i i

c C

e S H





 

 



(2.51)

- Với đất có vzi < ipz và zi > ipz - vzi

] lg

lg 1 [

1 0

i pz

i vz i i z i c vz i i pz r n

i

i i

c C C

e S H









 

 





(2.52)

Trong đó:

Sc : Độ lún cố kết Hi : Chiều dày lớp đất tính toán e0 : Độ rỗng ban đầu của lớp đất tính toán Cc, Cr : Chỉ số nén và chỉ số nở

i

vz,ipz,zi : Áp lực hữu hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất tự

nhiên nằm trên lớp i, áp lực tiền cố kết ở lớp i và áp lực do tải trọng gây lún ở lớp i

Tính độ lún tổng cộng và độ lún đàn hồi.

- Độ lún tổng cộng:

S = m*Sc (2.53)

- Độ lún đàn hồi:

Si = (m-1)* Sc (2.54)

Trong đó: m = 1.2 Tính độ lún theo thời gian, trường hợp thoát nước theo phương đứng.

Tính toán tương tự như tính cho đất dưới mặt phẳng mũi cột (áp dụng cho đất dính).

- Tính toán độ lún lệch giữa cột đất và đất nền xung quanh khi trên đỉnh cột chưa gia cường lưới ĐKT chịu lực.

Tính độ lún cột, Scol .

E L S P

caol col col 

(2.55)

)2

2 / (d

Pcol Qcal



(2.56)

* 2

)

(P a

Qcol  gl  T

(2.57) Trong đó:

L, d – chiều dài và đường kính cột đất.

Pgl – tải trọng gây lún truyền lên mặt phẳng đỉnh cột.

WT – tải trọng do hiệu ứng vòm truyền đất giữa các cột đất.

Tính toán lún của đất giữa các cột Ssoil

Độ lún của đất nền xung quanh khi trên đỉnh cột chưa gia cường lưới ĐKT chịu lực được tính tương tự như phần “tính lún cho phần nền không xử lý”. Với tải trọng gây lún được tính tương tự như WT không xét tới hoạt tải.