CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG
3.2. THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG
3.2.1. Thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm
3.2.1.3. Các kết quả tính toán
Tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm được thực hiện đối với các mặt cắt tính toán ở chương 2 có chiều cao đắp lớn hơn 3,20m đã lựa chọn giải pháp xử lý sâu. Các mặt cắt tính toán bao gồm: MC1, MC3, MC4, MC5, MC6 và MC7.
Việc tính toán được thực hiện trên cơ sở như sau: Lựa chọn chiều sâu cắm bấc thấm đến đáy lớp đất yếu, bấc thấm được bố trí với các khoảng cách 1,0m ; 1,2m ; 1,4m và 1,6m theo lưới tam giác và lưới ô vuông. Việc lựa chọn sơ đồ bố trí bấc thấm hợp lý trên cơ sở giả thiết độ cố kết của nền sau xử lý đạt U = 90%, so sánh thời gian xử lý đạt hiệu quả theo yêu cầu là nhỏ hơn 200 ngày.
Việc tính toán với chiều cao đắp tính toán bao gồm chiều cao đắp thiết kế, đắp bù lún và đắp gia tải ứng với tải trọng của xe. Chiều cao đắp được chia thành các giai đoạn đắp và chờ cố kết, tính toán ví dụ tại mặt cắt MC1, như sau :
+ Chiều cao đắp tính toán : HTT = 5,24+1,16+0,68 = 7,08m
+ Chiều cao đắp giới hạn giai đoạn 1, xác định theo công thức (3.26) là : 2
, 1
* 19
4 , 16
* 14 ,
Hgh1 = 5 =3,70m
Chọn chiều cao đắp giai đoạn 1 là 3,0m. Sau khi cố kết hoàn toàn, lực dính gia tăng được xác định theo công thức (3.27) như sau :
=
=
∆Cu1 19*3*1*tan180 18,5 kN/m2.
Lực dính trung bình của nền đất sau đắp giai đoạn 1:
Cu1 = Cu0+0,5.∆Cu1 = 16,4+0,5*18,5 =25,65 kN/m2.
Với lực dính được gia tăng, giai đoạn thứ 2 cho phép đắp đến chiều cao : 2
, 1
* 19
65 , 25
* 14 ,
Hgh2 = 5 =5,78m
78
Chọn H2 = 5,20m. Với chiều cao đắp giai đoạn 2, sau khi cố kết hoàn toàn, lực dính được gia tăng như sau :
Cu2 = 16,4+0,5*19*5,2*1*tan18 =32,45kN/m2.
Với lực dính được gia tăng, giai đoạn 3 cho phép đắp đến chiều cao như sau : 2
, 1
* 19
45 , 32
* 14 ,
Hgh3 =5 =7,32m
Như vậy, tại mặt cắt MC1 có chiều cao đắp tính toán HTT =7,08m cho phép đắp thành 3 giai đoạn. Thời gian đắp, chờ cố kết mỗi giai đoạn đắp được tính toán bằng bảng tính excel trình bày trong phụ lục 07, minh họa như biểu đồ hình 3.3
Biều đồ chiều cao đắp và độ lún the o giai đoạn
0 30 60 90 120 150 180 210
Thời gian (ngày)
Chiều caođắp (m)
8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Độ lún (m) -2.0
Đắp GĐ1
Đắp GĐ 2
Đắp GĐ3
Hình 3.3: Biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian và giai đoạn đắp
Thời gian thi công nền xử lý bằng bấc thấm tính toán cho các mặt cắt bao gồm tổng thời gian thi công bấc thấm, đệm cát, thời gian đắp và chờ cố kết. Kết quả tính toán trình bày trong phụ lục số 7, được tổng hợp ở bảng 3.1:
Bảng 3.1 : Kết quả tính toán thời gian xử lý bằng bấc thấm
Thời gian xử lý theo khoảng cách bố trí bấc thấm (ngày)
TT Mặt cắt tính toán
Mạng lưới bố trí
1,0 1,2 1,4 1,6
Ô vuông 144 194 253 324
1 MC1
Tam giác 126 171 222 285
79
Ô vuông 135 182 242 382
2 MC3
Tam giác 113 161 233 324
Ô vuông 124 166 219 278
3 MC4
Tam giác 113 146 196 244
Ô vuông 123 159 206 259
4 MC5
Tam giác 115 143 186 229
Ô vuông 148 190 242 308
5 MC6
Tam giác 134 170 215 271
Ô vuông 128 167 213 268
6 MC7
Tam giác 119 150 189 239
Để lựa chọn khoảng cách bố trí bấc thấm hợp lý, có thể tiến hành lựa chọn trên mỗi mặt cắt hoặc trên tổng thể tuyến.
Việc lựa chọn khoảng cách và sơ đồ bố trí bấc thấm cho mỗi mặt cắt tính toán được thực hiện trên cơ sở xem xét về yêu cầu độ lún dư và thời gian cho phép xử lý. Ở đây, với yêu cầu thời gian cho phép xử lý khoảng 200 ngày độ lún dư được đánh giá chung qua độ cố kết yêu cầu U ≥ 90%, trên cơ sở xem xét mối quan hệ thời gian, khoảng cách và lưới bố trí bấc thấm đạt yêu cầu độ cố kết được đánh giá theo giai đoạn đắp. Tính toán tại mặt cắt MC1 cho sơ đồ quan hệ như hình 3.4
Biểu đồ quan hệ U-t theo khoảng cách và sơ đồ bố trí
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
0 50 100 150 200 250 300 350
Thời gian (ngày)
Độ cố kết U Lưới ô vuông, D = 1,0m
Lưới ô vuông, D = 1,2m Lưới ô vuông, D=1,4m Lưới ô vuông, D = 1,6m Lưới tam giác, D = 1,0m Lưới tam giác, D=1,2m Lưới tam giác, D=1,4m Lưới tam giác, D=1,6m
Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ độ cố kết - thời gian – khoảng cách bấc thấm
80
Từ sơ đồ hình 3.4 cho thấy, thời gian xử lý xác định theo yêu cầu về độ cố kết rõ ràng. Qua sơ đồ, cho thấy bấc thấm bố trí theo lưới ô vuông với khoảng cách 1,20m đạt yêu cầu.
Trên toàn tuyến, khoảng cách và sơ đồ bố trí bấc thấm chọn theo phân đoạn tuyến dựa vào các mặt cắt tính toán như ở trên, cũng có thể được chọn cho toàn bộ tuyến dựa vào nghiên cứu mối quan hệ giữa khoảng cách bố trí và thời gian xử lý yêu cầu. Kết quả tính toán tại các mặt cắt trên tuyến, được thể hiện bằng biểu đồ hình 3.5:
Biểu đồ lựa chọn khoảng cách bấc thấm
180 ngày 200 ngày 220 ngày
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Thời gian xử lý (ngày)
Khoảng cách bấc thấm (m)
Lưới ô vuông Lưới tam giác
Hình 3.5: Biểu đồ lựa chọn khoảng cách sơ đồ bấc thấm trên tuyến
Qua sơ đồ hình 3.5 trên toàn bộ tuyến với thời gian xử lý được thiết lập là 180 ngày đến 220 ngày cho phép ta chọn được khoảng cách và sơ đồ bố trí hợp lý.
Với thời gian xử lý yêu cầu trước 200 ngày, ta có khoảng cách bố trí là 1,2m với sơ đồ lưới ô vuông và 1,4m với sơ đồ lưới tam giác. Ở đây, với số liệu tính toán ỏ bảng 3.1 cho thấy với cấu trúc nền đất I bấc thấm bố trí theo mạng lưới ô vuông với khoảng cách 1,2m là hợp lý. Trên cấu trúc nền IIa và IIb bấc thấm có thể được bố trí thưa hơn với khoảng cách 1,40m theo mạng lưới tam giác.
81
Trên đây, là kết quả sơ bộ tính toán lựa chọn khoảng cách và sơ đồ bố trí bấc thấm. Tuy nhiên, cũng thấy rằng trên một số đoạn tuyến có chiều dày đất yếu lớn cần phải đánh giá hiệu quả cố kết của bấc thấm theo chiều sâu xử lý. Với khoảng cách bố trí được lựa chọn là 1,20m, tiến hành phân tích bằng phần mềm plaxis tại các mặt cắt đại diện cho các kiểu cấu trúc nền, được trình bày trong phụ lục 9A.
Minh họa tại mặt cắt MC1, mô hình bài toán được thiết lập như hình 3.6
Hình 3.6 : Mô hình tính toán bấc thấm bằng phần mềm plaxis
Kết quả tính toán tại các mặt cắt đại diện cho các kiểu cấu trúc nền, tổng hợp như ở bảng 3.2 :
Bảng 3.2 : Kết quả tính toán bấc thấm theo độ sâu xử lý
Chiều sâu cắm bấc thấm Hb (m) Cấu trúc
nền
Thông số tính toán
25 22,3 20 18 15
Bề dày đất yếu chưa xử lý (m) 0 2,0 4,0 7,0 Độ lún sau 200 ngày (m) 1,09 1,07 1,01 0,98 Độ cố kết sau 200 ngày 0,96 0,94 0,91 0,86 I
Thời gian đạt U = 90% (ngày) 181 182 196 370 Bề dày đất yếu chưa xử lý (m) 0 2,0 5,0 7,0
Độ lún sau 200 ngày (m) 0,800 0,780 0,76 Độ cố kết sau 200 ngày 0,96 0,94 0,91 Ia
Thời gian đạt U = 90% (ngày) 122 143 165
82
Bề dày đất yếu chưa xử lý (m) 0 2,0 4,0 Độ lún sau 200 ngày (m) 1,04 0,987 Độ cố kết sau 200 ngày 0,95 0,91 Ib
Thời gian đạt U = 90% (ngày) 153 184
. Qua số liệu phân tích cho thấy, trên mỗi kiểu cấu trúc nền khi xử lý bấc thấm có chiều sâu lớn hơn 18,0m đều đạt các yêu cầu về độ cố kết và thời gian xử lý. Do kết quả phân tích tiến hành theo giai đoạn đắp, với thời gian tính toán theo tốc độ đắp là 10cm/ngày, do vậy nền đắp cao thời gian thi công càng kéo dài. Tuy vậy cũng thấy rằng, mặc dù chiều cao đường đắp trên cấu trúc nền IIb (HTT =8,31m) lớn hơn cấu trúc nền I (HTT =7,08m) nhưng thời gian xử lý vẫn ngắn hơn. Do đó, việc nghiên cứu sự thay đổi hiệu quả cố kết theo chiều sâu xử lý chi có ý nghĩa trên các cấu trúc nền có cùng chiều cao đắp hoặc trên cùng một kiểu cấu trúc nền. Tính toán tại mặt cắt MC1 với chiều sâu khác nhau, cho kết quả độ cố kết theo thời gian và giai đoạn đắp như hình 3.7
Biểu đồ quan hệ độ cố kết - thời gian - độ sâu xử lý
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
0.00 40.00 80.00 120.00 160.00 200.00 240.00 280.00 320.00
Thời gian (ngày)
Độ cố kết U
Hy-Hb=0m Hy - Hb=2m Hy - Hb=4m Hy - Hb=7m Hy - Hb =12m
Hình 3.7 : Biểu đồ quan hệ độ cố kết và chiều sâu theo thời gian xử lý Qua biểu đồ quan hệ độ cố kết và chiều sâu xử lý theo thời gian đắp ở hình 3.7 cho phép lựa chọn chiều sâu xử lý hiệu quả ứng với các kiểu cấu trúc nền, khoảng cách và sơ đồ bố trí bấc thấm
83