CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN ĐẤT TỰ NHIÊN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP
1.5. Giải pháp tăng cường sức chịu tải (tải trọng giới hạn) của nền đất yếu
Theo [19] và các tài liệu khác [7], [23], [32], [43] thì giải pháp công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu có thể chia thành hai nhóm như sau:
Nhóm 1: các giải pháp tác động đến bản thân nền đắp như xây dựng nền đắp theo giai đoạn; xây dựng bệ phản áp; gia tải trước; giảm tải trọng của nền đắp (đắp bằng vật liệu nhẹ); bố trí thêm các lớp vải hoặc lưới địa kỹ thuật ở đáy và thân nền đường đắp…
Nhóm 2: các giải pháp tác động đến nền đất yếu phía dưới nền đất đắp như thay toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu đắp tốt; hút chân không; cột balát, cọc cát và bấc thấm; cột đất gia cố vôi hoặc xi măng; điện thấm; đóng cọc...
- Để lựa chọn các giải pháp áp dụng cho một công trình nền đắp cụ thể cần xem xét tới các tiêu chí dưới đây:
+ Khả năng thực hiện tại chỗ như điều kiện về vật liệu, thiết bị, tay nghề;
+ Tác động của quá trình thi công đến môi trường xung quanh;
+ Thời hạn thi công tối đa có thể có;
+ Có đáp ứng được các yêu cầu khai thác sử dụng lâu dài hay không;
+ Chi phí đắt hay rẻ.
- Nguyên tắc lựa chọn giải pháp thường là: trước hết nên đề cập đến giải pháp đơn giản, tiếp đó là các giải pháp xử lý nông rồi mới đến các giải pháp xử lý sâu [19].
Như vậy, có rất nhiều giải pháp để lựa chọn xử lý nền đất yếu và tăng
cường sức chịu tải hay tải trọng giới hạn.
- Bệ phản áp là giải pháp thuộc nhóm 1, là các khối đất đá đắp ở hai bên công trình để chống trượt do xuất hiện vùng biến dạng dẻo dưới nền đất yếu khi làm nền đường, đê, đập ở phía trên. Bệ phản áp còn dùng để phòng lũ, chống sóng, chống thấm mất nước.
Cấu tạo thường gặp bệ phản áp theo dạng làm tăng độ chôn sâu của nền đường và bệ phản áp theo dạng làm xoải ta luy nền đường [23] như hình 1.11.
trong hình 1.11 ký hiệu: L và h - là chiều rộng và chiều cao bệ phản áp.
Theo [19] thì bệ phản áp có tác dụng, ưu và nhược điểm được tổng hợp ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tác dụng, ưu và nhược điểm của giải pháp bệ phản áp Tác dụng, ưu và nhược điểm Bệ phản áp
Tác dụng
Tăng mức độ ổn định của nền đắp trong giai đoạn
thi công X
Tăng mức độ ổn định sau khi đắp xong X
Giảm độ lún
Giảm chuyển vị ngang của đất yếu và lực đẩy ngang X Hình 1.11. Các dạng bệ phản áp
(a - dạng làm tăng độ chôn sâu; b - dạng làm xoải ta luy)
Tăng nhanh độ lún cố kết
Rút ngắn thời gian đối với từng giai đoạn thi công
Ưu nhược điểm
Chi phí Trung bình
(cần có mặt bằng)
Thời gian thi công Nhanh
Mức độ phức tạp của công nghệ Đơn giản
Tính khả thi và điều kiện áp dụng Trung bình (cần có mặt bằng)
Khả năng gặp rủi ro trong thi công Ít
Khả năng kiểm soát chất lượng thi công Dễ Chú ý: Dấu “X” là đạt yêu cầu
Vật liệu đắp bệ phản áp có thể sử dụng đất xấu, tại chỗ, thi công có thể không cần đầm lèn [8]. Giải pháp này thích hợp khi diện tích đất giành cho đường không bị hạn chế, thường là vùng thung lũng miền núi và trung du [32]. Thực tế, bệ phản áp không những được sử dụng trong giai đoạn thiết kế thi công mà còn dùng được cả trong giai đoạn vận hành khai thác nền đường để xử lý nền đường mất ổn định [11], [23].
Hiện nay, kích thước bệ phản áp có thể xác định theo sự hình thành vùng biến dạng dẻo, lý luận cân bằng giới hạn để xác định mặt trượt và trạng thái giới hạn của nền đất [43], phương pháp mặt trượt trụ tròn [33]…
Theo [23], [26] cho ví dụ vùng biến dạng dẻo trong nền đất dưới tải trọng nền đường đắp (xác định theo lý thuyết biến dạng tuyến tính) như hình 1.12. Lưu ý khi tính theo lý thuyết biến dạng tuyến tính thì trong vùng biến dạng dẻo có giá trị bền f(k) > 0.
trong hình 1.12 ký hiệu: bd - chiều rộng lớn nhất theo phương ngang của vùng biến dạng dẻo; - góc lệch, được xác định bằng phải của công thức (1.7).
Chiều cao bệ phản áp phải nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao đắp trực tiếp giới hạn Hgh và nên lấy từ (1/3 ÷ 1/2) chiều cao nền đường đắp. Theo kinh nghiệm một số nước thì chiều rộng bệ phản áp L không cần trùm hết chiều dài trồi đất, để tiết kiệm đất, chiều rộng bệ phản áp L có thể rút xuống bằng (2/3 ÷ 3/4) chiều dài trồi đất tương ứng với cung trượt nguy hiểm nhất [19].
Với công trình nền đường, nền đất đắp thì phổ biến sử dụng phương pháp tính toán kích thước bệ phản áp dựa vào sự phát triển vùng biến dạng dẻo trong nền đất. Theo kinh nghiệm, cần đảm bảo chiều rộng nền đường có bệ phản áp bằng hai lần chiều rộng vùng biến dạng dẻo [43].