CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG
2.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
Đoạn đường từ cầu Thịnh Long đến khu công nghiệp Rạng Đông có điểm đầu tuyến giao với tỉnh lộ 490C và đường lên cầu Thịnh Long, tuyến đi mới qua khu đất nông nghiệp và giáp khu dân cư xóm 1, xóm 3 thuộc địa phận xã Nghĩa Bình, tuyến giao với đê hữu sông Ninh Cơ tại Km3+100, sau đó đi ra ngoài đê, qua cánh đồng tôm đến Km 5+500 thì chạy sát đê và vượt sông Phú Lợi tại Km 6+100, tuyến giao cắt và đi vào trong đê, giáp khu dân cư thôn Quần Vinh xã Nghĩa Phúc đến sông Quần Vinh 2 tại Km 7+100; tuyến chạy song song với đê hữu sông Ninh Cơ đến đèn Hải Đăng.
Công trình được thiết kế theo tiêu chuNn đường cấp II đồng bằng, bề rộng mặt đường Bmặt = 31,50m, bề rộng lề Blề = 0,50m, độ dốc mặt đường về phía lề là 2%. Số làn xe cơ giới là 04 làn mỗi chiều, toàn bộ nền đường là 8 làn xe.
Trên toàn bộ chiều dài của tuyến đường được thiết kế với 4 dạng mặt cắt ngang điển hình. Các thông số cơ bản của mặt cắt được sơ họa theo hình vẽ 2-1 dưới đây và được thể hiện cụ thể như trong phụ lục số 1:
Hình 2.1: Sơ đồ minh họa mặt cắt thiết kế điển hình MCĐH1 trên tuyến Theo chiều dài tuyến, mặt cắt ngang điển hình 1 (MCĐH1) được thiết kế từ lý trình km 0 + 00 đến km 0 +700; km 6 + 200 đến km 7 + 150; mặt cắt MCĐH2 được thiết kế chạy dọc đê sông Ninh Cơ ở phía sông, từ lý trình km 0 + 700 đến km
19
3 + 00; mặt cắt MCĐH3 được thiết kế chạy qua các đầm phía ngoài đê, từ lý trình km 3 + 00 đến km 6 + 200; mặt cắt MCĐH4 chạy dọc tiếp giáp đê về phía đồng, từ lý trình 7 + 150 đến km 9 + 500.
2.1.2. Các thông số về vật liệu và tải trọng của công trình 2.1.2.1. Các thông số, yêu cầu vật liệu sử dụng
- Vật liệu đắp nền được dùng là cát đen hạt mịn khai thác ở sông Ninh Cơ thỏa mãn yêu cầu quy trình thi công nền đường. Vật liệu đắp bao dầy 1m phần lề đường là đất loại sét được lấy tại mỏ đất đắp ở đồi Bồ Đề, thôn Hưng Long, xã Quảng Lạc, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình. Vật liệu đắp gia tải sử dụng vật liệu đắp nền hoặc đất tận dụng. Các thông số vật liệu nền đắp tính toán được lựa chọn bao gồm: khối lượng thể tích đất đắp ρđ = 1,90 T/m3, góc ma sát trong ϕ = 30 - 350, mô đun biến dạng E0= 300 kG/cm2, hệ số thấm k = 10,0m/ngày đêm.
- Vật liệu cát sử dụng làm lớp đệm trên đầu bấc thấm và dùng cho thi công giếng cát là cát sạch (cát hạt thô hoặc cát hạt trung), có độ thấm cao và phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Hàm lượng hữu cơ không vượt quá 5%.
+ Hàm lượng hạt > 0,5mm phải chiếm >50%.
+ Hàm lượng hạt <0,14mm phải < 10%.
+ Hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 10-4m/s
+ Phải thỏa mãn đồng thời cả hai điều kiện sau: 6 D D
10
60 > và 3
D . D
) D 1 (
10 60
2 30 <
<
Trong đó: D60, D30 và D10 lần lượt là kích cỡ hạt mà lượng chứa các cỡ hạt nhỏ hơn hoặc bằng cỡ hạt chiếm 60%, 30% và 10%.
- Vải địa kỹ thuật được dùng đặt ngay dưới lớp cát thay thế nhằm tránh làm nhiễm bNn lớp đệm cát và được dùng tăng cường ổn định khối đắp. Vải địa kỹ thuật được sử dụng phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:
+ Cường độ chịu kéo theo phương dọc ≥ 12kN/m + Cường độ chịu kéo theo phương ngang ≥ 12kN/m + Độ dãn dài ≤ 65%
20
+ Khả năng chống xuyên thủng từ 1500 đến 5000N + Đường kính lỗ lọc D90 ≤ 0,15mm
+ Hệ số thấm của vải: k ≥ 1,4x10-4m/s
- Bấc thấm dùng để thoát nước cho nền đất có cấu tạo như hình 2.2
Hình 2.2: Cấu tạo của bấc thấm Các thông số, yêu cầu kỹ thuật của bấc thấm bao gồm:
+ Bề dày 3,0mm + Bề rộng: 100,0 mm
+ Vỏ lọc của bấc thấm có hệ số thấm k ≥ 1,4 x 10-4 m/s, đường kính của lỗ lọc không vượt quá 0,08mm.
+ Khả năng thoát nước với cấp áp lực 10kPa ứng với gradien thủy lực i=0,5 từ 60 x 10-6 m3/s đến 140 x 10-6 m3/s;
+ Khả năng thoát nước với cấp áp lực 400kPa ứng với gradien thủy lực i=0,5 từ 60 x 10-6 m3/s đến 80 x 10-6 m3/s;
+ Cường độ chịu kéo (cặp hết chiều rộng của bấc thấm) > 1,60kN + Độ dãn dài (cặp hết chiều rộng của bấc thấm) >20%
+ Hệ số thấm ≥ 1,5 x 10-4 m/s
+ Đường kính lỗ lọc D95 < 90 micron
+ Chiều dài cuộn: 250÷300m tương ứng với đường kính cuộn từ 1,1÷1,2m
21 2.1.2.2. Chiều cao đắp và tải trọng tính toán
Chiều cao tính toán thiết kế của nền đường đắp bao gồm chiều cao đắp xác định theo cao độ thiết kế, chiều cao bù lún của nền đường sau xử lý và chiều cao quy đổi do tải trọng xe cộ (hoạt tải). Được xác định theo công thức sau:
HTT = Hđ+Hq + Hbl (2.1)
Với: Hđ là chiều cao đắp tính toán bằng hiệu số chênh cao giữa cao độ thiết kế của mặt đường và cao độ mặt đất tự nhiên (m)
Hbl là chiều cao đắp bù lún, được xác định theo kết quả tính lún.
Hq – Chiều cao quy đổi từ tải trọng do xe cộ (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. Sơ đồ tính toán tải trọng xe cộ như hình 2.3:
B
d b
b
e/2 e/2
l
Hình 2.3: Sơ đồ tính toán tải trọng xe
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 . H n
đ
q = γ (2.2)
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.
γđ - Khối lượng thể tích đất đắp nền đường, γđ = 1,90 T/m3. l - Phạm vi phân bố tải trọng theo hướng dọc xe.
Bề rộng phân bố ngang của các xe (B), được tính như sau:
22 e
d ).
1 n ( b . n
B= + − + (2.3)
Với tải trọng xe H30, gồm 08 làn xe, theo quy trình 22TCN 262-2000, các thông số tính toán, được xác định như sau: n = 8; G = 30 tấn; l = 6,6m; b = 1,8m; d
= 1,9m; e = 0,5
Thay vào công thức (2-3) ta được B = 28,2m
Thay các giá trị tính toán vào công thức (2-2), chiều cao đắp quy đổi tải trọng xe có giá trị là: Hq = 0,68 m, qx = Hq.γđ = 1,29 T/m2.
Tải trọng công trình được xác định theo công thức sau:
q = HTT.γđ (2.4)
Chiều cao đắp bù lún Hbl được xác định dựa vào kết quả phân tích độ lún trong phụ lục 3, xác định theo sơ đồ hình 2.4:
H - H
H
H
TT ®
bl
TT
1
2 S
Hình 2.4: Sơ đồ xác định chiều cao đắp bù lún
Với đường thẳng (1) biểu thị sự thay đổi hiệu số (HTT-Hđ) theo HTT là chiều cao đắp có kể đến lún bù; đường (2) biểu thị sự thay đổi độ lún tính toán theo HTT. Giao điểm của đường 1 và đường 2 xác định độ lớn trên trục tung bằng chiều cao đắp bù lún Hbl:
2.1.2.3. Các yêu cầu kỹ thuật của công trình:
Các yêu cầu kỹ thuật của công trình cho xử lý nền đất yếu như sau [16]:
- Về độ lún: Độ lún dư sau thi công đối với nền đường thông thường phải nhỏ hơn 30cm, tại vị trí giáp cống phải nhỏ hơn 20cm
- Về hệ số ổn định chống trượt: Tính theo phương pháp Bishop hệ số ổn định trượt phải lớn hơn 1,20 trong thời gian thi công, lớn hơn 1,40 trong thời gian khai
23
thác công trình. Trong quá trình đắp, phải kiểm tra ổn định lún trồi theo phương pháp Mandle và Salencon với hệ số ổn định lớn hơn 1,20.
- Tổng thời gian xử lý thi công xử lý nền không chậm quá 8 tháng.