CHƯƠNG 2: PHÂN CHIA CẤU TRÚC NỀN VÀ DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH ĐOẠN TUYẾN
2.3. Dự báo các vấn đề địa kỹ thuật công trình
2.3.3. Đánh giá ổn định trượt của nền đất
2.3.3.1. Tính toán ổn định do lún trồi
Khi mất ổn định do lún trồi thì nền đất yếu bị phá hoại do lún xuống ở phần giữa, đồng thời bị trồi lên ở hai bên chân taluy. Hình thức phá hoại này thường xảy ra khi nền đất yếu gồm một lớp đất rất mềm kẹp giữa hai lớp có cường độ cao hơn.
Việc tính toán được tiến hành bằng cách xem nền đắp tương tự như một móng nông hình băng được giới hạn bởi điểm giữa của taluy nền đắp.
Theo phương pháp của Mandel và Salencon, tải trọng giới hạn trên nền đất có lực dính cu được xác định như sau:
c u
max c .N
q = (2-2)
Trong đó: Nc được xác định theo sơ đồ hình 2-8
Hình2-8: Sơ đồ tính độ ổn định lún trồi
B - là chiều rộng trung bình mặt cắt ngang đường đắp Hy – là chiều dày của lớp đất yếu
Hệ số ổn định được tính toán theo công thức sau:
H . Flt qmax
= g (2-3)
Trong đó: H là chiều cao nền đắp, g là khối lượng thể tích của đất đắp.
Theo phương pháp này, nền đường đắp ổn định khi Flt ≥ 1,2.
2. Các thông số lựa chọn tính toán:
Trên cơ sở xem xét tải trọng tác dụng xuống nền gây bởi tải trọng công trình đắp (được xác định trên cơ sở cao độ đường thiết kế và cao độ địa hình hiện trạng) và tải trọng xe được quy đổi bằng chiều cao đất đắp. Dựa vào mặt cắt và trắc dọc
tuyến, chia toàn bộ tuyến thành các đoạn tuyến có cùng kiểu cấu trúc nền và có các yếu tố kích thước hình học, tải trọng tương đối đồng đều. Trên mỗi đoạn tuyến lựa chọn 01 mặt cắt bất lợi nhất tính toán kiểm tra ổn định trượt và biến dạng của nền.
Theo sơ đồ tính toán hình 2-7 tải trọng tác dụng xuống nền được tính toán bao gồm tải trọng bản thân khối đắp và tải trọng do xe được quy đổi thành chiều cao khối đắp.
Theo đó chiều cao tính toán bao gồm chiều cao nền đắp được tính theo công thức sau:
HTK = HĐ+Hq (2-4)
Trong đó: HTK – chiều cao đắp tính toán thiết kế (m)
HĐ – Chiều cao đắp, được tính toán từ cao độ thiết kế và cao độ mặt đất tự nhiên, có xét đến cao độ đào đất không thích hợp.
Hq – Chiều cao quy đổi từ tải trọng do xe cộ (m)
Khi tính toán ổn định lún phải kể đến tải trọng gây bởi phần đất đắp bù lún, khi đó chiều cao tính toán được xác định theo công thức sau:
H’TK = HTK +HBL (2-5)
Trong đó: HBL– Chiều cao đắp bù lún (m)
Ở đây, tải trọng do xe cộ được xem là tải trọng của số xe nặng tối đa cùng một lúc có thể đỗ kín khắp bề rộng nền đường, phân bố trên 1m chiều dài đường. Tải trọng xe được quy đổi tương đương thành lớp đất đắp có chiều cao là Hq, xác định theo công thức sau:
l.
B .
G . Hq n
= g (2-6)
Trong đó: G- là khối lượng của một xe, tấn
n- Số xe tối đa có thể xếp trên phạm vi bề rộng nền đường.
g - Khối lượng thể tích đất đắp nền đường, g = 1,8 T/m3. l- Phạm vi phân bố tải trọng theo hướng dọc xe.
Trong tính toán, có thể lấy l = 4,2m với xe có G =13,0 tấn; lấy l = 6,6m với xe có G = 30 tấn; lấy l = 4,5m với xe xích có G = 80 tấn.
B - là bề rộng phân bố ngang của các xe, được tính như sau:
e d ).
1 n ( b . n
B= + - + (2-7)
Trong đó, lấy b = 1,8m với các loại ô tô, b = 2,7m với xe xích; d là khoảng cách ngang tối thiểu giữa các xe, lấy d =1,3m, e là bề rộng lốp đôi hoặc vệt bánh xích, lấy e = 0,5-0,8m, n là số hàng xe, n = 3.
Thay các giá trị tính toán vào công thức (2-6), chiều cao đắp quy đổi tải trọng xe có giá trị là: Hq = 0,85 m.
Các thông số vật liệu nền đắp tính toán được lựa chọn bao gồm: khối lượng thể tích đất đắp g = 1,80 T/m3, c = 0 T/m2, j = 300.
3. Kết quả tính toán ổn định lún trồi:
ã Kết quả tớnh ổn định lỳn trồi tại mặt cắt ngang điển hỡnh Km 1349+048 - cấu trúc nền kiểu I.
Theo sơ đồ tính toán của Mandel và Salencon được tính toán theo công thức (2-2), bao gồm các thông số được lựa chọn tính toán như sau:
- Chiều rộng tính toán B, được tính toán theo các mặt cắt, như sau:
B = b + a (2-8)
- Cường độ kháng cắt cu được lấy theo giá trị nén mẫu đất ba trục sơ đồ thí nghiệm UU, như sau: cu = 1,38 T/m2 .
Tính toán trên đoạn tuyến I, chiều cao đắp là HĐ = 3,71m, chiều cao tải trọng quy đổi Hq = 0,85m.
Vậy tổng chiều cao HTK = 3,71+0,85 = 4,66m Suy ra B = 20,5+7,42 = 27,92m
Tại đoạn tuyến I, chiều dày trung bình đất yếu Hy = 21,30m Vậy nên, B/Hy < 1,49 --> Nc = p +2 = 5,14
Thay các giá trị tính toán vào công thức ta được:
qmax = 5,14*1,38 = 7,09 T/m2 Thay vào công thức (2-3) ta được: Flt =
66 , 4 . 8 , 1
09 ,
7 =0,845
ã Tớnh toỏn tương tự với cấu trỳc nền kiểu III ta được kết quả như bảng sau
Bảng 2.4: Bảng tính hệ số ổn định theo phương pháp Mandel và Salencon
TT Kiểu cấu trúc nền
Chiều cao đắp HTK
(m)
Bề rộng tính toán B(m)
Chiều dày đất yếu Hy (m)
Hệ số Nc
qmax
(T/m2)
Hệ số ổn định
Flt
1 Kiểu I 4,66 27,92 21,3 5,14 7,09 0,845
2 Kiểu III 5,95 27,92 7,0 6,12 7,81 0,73
Theo phương pháp này, ổn định trượt khi Flt ≥ 1,20.
Như vậy, từ các kết quả tính toán ổn định lún trồi cho thấy: Các kiểu cấu trúc nền I, III không ổn định. Cấu trúc nền kiểu II có lớp cát bụi nằm xen giữa lớp đất lấp và lớp đất sét dẻo mềm, chiều dày 3,6m nên không xảy ra hiện tượng mất ổn định lún trồi.