2.1.1. Các yêu cầu về sự ổn định:
Nền đắp trên đất yếu phải đảm bảo ổn định, khơng bị lún trồi và trượt sâu trong quá trình khai thác sau này. Nĩi khác đi, là phải tránh gây ra sự phá hoại trong nền đất yếu trong và sau khi thi cơng làm hư hỏng nền đắp cũng như các cơng trình xung quanh, tức là phải đảm bảo cho nền đường luơn luơn ổn định.
Theo “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường trên đất yếu” 22TCN 262- 2000 thì khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm tốn định do trượt sâu (mặt trượt trịn khoét sâu vào vùng đất yếu) thì phải đảm bảo hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin = 1.40. Trong trường hợp nghiệm tốn ổn định do trượt sâu theo phương pháp phân mảnh cổ điển của nền đường xây dựng theo từng giai đoạn thì yêu cầu Kmin = 1.20 hoặc Kmin = 1.10 (khi dùng kết quả thí nghiệm cắt nhanh khơng thốt nước). Yêu cầu ổn định phải đạt được đối với mỗi đợt đắp (đắp nền và đắp gia tải trước) và đối với nền đắp theo thiết kế (cĩ xét đến tải trọng xe cộ).
Các yêu cầu trên đây chủ yếu căn cứ vào các số liệu của quy trình thiết kế nền đắp trên đất yếu LTL017-96 của Trung Quốc và đều thấp hơn hệ số ộn định Kmin = 1.50 theo quy trình các nước phương Tây, vì vậy cần đặc biệt chú ý việc quan trắc chuyển vị nang trong quá trình đắp nền đường để phán đốn sự ổn định của nền đường và khống chế tốc độ đắp đất. Nếu thấy chuyển vị ngang tăng nhanh thì phải đình chỉ việc đắp đất hoặc dỡ bớt phần đất đã đắp để tránh hiện tượng lún trồi hoặc trượt sâu cĩ thể xảy ra. Bố trí hệ thống quan trắc di động ngang phải tuân theo quy trình quy phạm hiện hành. Mộ số quy định theo 22TCN 262-2000.
51
+ Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đường khơng được vượt quá 10mm/ngày đêm.
+ Tốc độ di động ngang của các cọc quan trắc lún đĩng hai bên nền đắp khơng được vượt quá 5mm/ngày đêm.
2.1.2. Các yêu cầu về lún:
Phải tính chính xác độ lún. Độ lún tuy tiến triển chậm hơn nhưng cũng rất bất lợi. Khi độ lún lớn mà khơng được xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì cĩ thể làm biến dạng nền đắp nhiều, khơng đáp ứng được yêu cầu sử dụng.
Ngồi ra khi nền đường lún cĩ thể phát sinh các lực đẩy lớn làm hư hỏng các kết cấu chơn trong đất ở xung quanh (các mố cọc, cọc ván).
Yêu cầu phải tính được độ lún tổng cộng kể từ khi bắt đầu đắp nền đường đến khi lún kết thúc để xác định chiều cao phịng lún và chiều rộng phải đắp thêm ở hai bên nền đường theo cơng thức: bm = S.m trong đĩ 1/m là độ dốc ta luy nền đắp thiết kế và S là độ lún tổng cộng, theo 22TCN 262-2000 S chỉ bao gồm hai thành phần là độ lún tức thời Si và độ lún cố kết Sc, S = Si +Sc. Khi tính độ lún tổng cộng thì tải trọng gây lún bao gồm tải trọng của nền đắp, kể cả bệ phản áp (nếu cĩ), khơng tính với tải trọng xe cộ.
Phần độ lún cố kết cịn lại ∆S cho phép tại tim nền đường sau khi hồn thành cơng trình mặt nền mặt đường trên nền đất yếu được cho phép như bảng dưới đây:
Bảng 2.1: Độ lún cố kết cịn lại cho phép tại tim nền đường (*)
Loại cấp đường
Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Gần mố
cầu (**)
Trên cống hoặc đường chui dân sinh (**) Các đoạn nền đắp thơng thường Đường cao tốc và đường cấp 80 ≤10cm ≤ 20cm ≤ 30cm Đường cấp 60 trở xuống và ≤ 20cm ≤ 30cm ≤ 40cm
52
cĩ lớp mặt cấp cao
Ghi chú:
* Theo số liệu quy trình JTJ017-96
** Chiều dài đoạn đường gần mố cầu bằng 3 lần chiều dài mĩng mố cầu gần kề chiều dài đoạn nền đắp trên cống hoặc trên đường chui dân sinh bằng 3-5 lần bề rộng mĩng cống hoặc đường chui dân sinh.
Phần độ lún cố kết cịn lại ∆S là phần lún cố kết chưa hết sau khi làm xong áo đường của đoạn nền đắp trên đất yếu, phụ thuộc vào độ cố kết U đạt được tại thời điểm làm xong áo đường.
Chỉ khi độ lún cố kết cịn lại ∆S vượt quá các trị số cho trong bảng trên thì mới cần biện pháp xử lý tăng nhanh cố kết.
Đối với các cơng trình đường cấp 20 và 40 và đường chỉ sử dụng kết cấu áo đường mềm cấp cao A2 trở xuống thì khơng cần đề cập đến vấn đề độ lún cịn lại khi thiết kế.
2.1.3. Yêu cầu quan trắc lún:
- Đối với cơng trình xây dựng trên đất yếu, trong mọi trường hợp, dù áp dụng giải pháp xử lý nào, dù đã khảo sát tính tốn kỹ vẫn phải thiết kế hệ thống quan trắc lún, chỉ trừ trường hợp áp dụng giải pháp đào vét đất yếu hạ đáy nền đắp đến tận lớp đất khơng yếu. Hệ thống này phải được bố trí theo các quy trình quy phạm hiện hành.
- Trong đồ án thiết kế phải quy định chế độ quan trắc lún chặt chẽ:
+ Đo cao độ lúc đặt bàn đo lún và đo lún mỗi ngày một lần trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước, nếu đắp làm nhiều đợt thì mỗi đợt đều phải quan trắc hàng ngày.
+ Khi ngừng đắp và trong 2 tháng sau khi đắp phải quan trắc lún hàng tuần, tiếp đĩ quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao cơng trình. Mức độ chính xác phải đến mm.
53 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Đối với các đoạn nền đắp trên đất yếu cĩ quy mơ lớn và quan trọng hoặc cĩ điều kiện chất phức tạp như đoạn cĩ chiều cao đắp lớn, hoặc phân bố các lớp địa chất khơng đồng nhất (cĩ lớp vỏ cứng) khiến cho thực tế cĩ những điều kiện khác nhiều với các điều kiện dùng trong tính tốn ổn định và lún thì nên bố trí thêm hệ thống quan trắc áp lực nước lỗ rỗng (cùng các điểm quan trắc mực nước ngầm) và các thiết bị đo lún ở độ sau khác nhau (thiết bị kiểu guồng xoắn).
2.1.4. Xác định các tải trọng tính tốn
Các tải trọng tính tốn dùng khi kiểm tra ổn định và dự báo lún của nền đắp trên gồm tải trọng đắp nền và đắp gia tải trước, tải trọng xo cộ, tải trọng động đất. Việc phân bố và quy đổi tải trọng phải tuân theo quy trình quy phạm hiện hành.
Khi tính tốn với nền đường đắp thì tải trọng đắp gia tải trước được xác định đúng theo hình dạng đắp thực tế (hình thàng với mái dốc cĩ độ dốc thiết kế, cĩ thể cĩ thêm phản áp hoặc trong trường hợp đào bớt đất yếu trước khi đắp thì cĩ thêm hai dải tải trọng phản áp vơ hạn ở hai bên).
2.2. Các vấn đề về ổn định và viêc tính tốn ổn định cho nền đường:
* Lựa chọn lý thuyết tính tốn
Các phương pháp tính tốn ổn định cĩ thể phân thành hai loại: loại các phương pháp dựa trên cơ sở giả thiết trước hình dạng mặt trượt và loại các phương pháp dựa trên lý luận cần bằng giới hạn của đất. Đặc điểm các phương pháp thuộc loại thứ nhất là xuất phát từ các kết quả quan trắc lúc lâu dài các mái đất thực tế mà đưa ra một số giả thiết đơn giản hĩa về hình dạng mặt trượt từ đĩ nêu lên phương pháp tính gần đúng. Thuộc loại này cĩ các phương pháp dạng gãy khúc, mặt trượt dạng đường xoắn logarit nhưng phương pháp mặt trượt dạng trụ trịn được áp dụng phổ biến hơn cả. Hiện nay, phương pháp này đang sử dụng tính tốn trong các quy trình quy phạm xử lý đất yếu hiện hành.
Theo quan trắc thực tế, mặt trượt của mái đất dính, đồng nhất, cĩ dạng cong gần như mặt trụ trịn. Tại đỉnh mái, phương của mặt trượt gần như thẳng
54
đứng, sau đĩ càng xuống phía dưới thì càng thoải dần và tại chân mái thì tiếp xúc với mặt nằm ngang. Bằng cách phân khối trượt giả định thành những mảnh nhỏ bằng những mặt phẳng đứng song, cĩ thể dùng phương pháp mặt trượt trụ trịn để giải quyết nhiều trường hợp phức tạp của mái đất. Tuy nhiên, phương pháp này cĩ nhược điểm là xem khối đất bị phá hoại như một cố thể, giới hạn bởi mặt trượt và mái dốc, đồng thời xem trạng thái ứng xuất giới hạn như chỉ xảy ra trên mặt trượt mà thơi.
* Phương pháp phân mảnh cổ điển và phương pháp Bishop.
- Phương pháp phân mảnh cổ điển được tính theo sơ đồ dưới đây:
Hình 2.1: Độ lún cố kết cịn lại cho phép tại tim nền đường (*)
Hệ số ổn định Kj ứng với một mặt trượt cĩ tâm Oj được xác định theo cơng thức sau: ( ) 1 1 ( . .cos ) ( / ) .sin / n i i i i i j j n i i i i i c l Q tg F y R K Q W y R α ϕ α + + = + ∑ ∑
Trong đĩ các ký hiệ trong cơng thức được chỉ rõ trên hình vẽ. Chia khối trượt thành n mảnh, trong cơng thức trên là đang xét đến mảnh trượt thứ i. Đối với mỗi mặt trượt cĩ tâm Oj thì yj sẽ thay đổi theo vị trí trọng tâm của mảnh
55
trượt cịn y khơng đổi. Ci và ϕi là lực dính đơn vị và gĩc ma sát trong của lớp đất chứa cung trượt li của mảnh trượt I (nếu cung li nằm trong vùng nền đắp thì dùng trị số lực dính và gĩc ma sát trong của đất đắp). Đối với vùng đất yếu, khi dùng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường thì áp dụng ϕi = 0 cịn Ci được lấy bằng sức chống cắt tính tốn C’u.
- Khí tính tốn theo phương pháp Bishop thì hệ số ổn định Kj được tính sau: ( ) 1 1 ( . . / cos ) ( / ) .sin / n i i i i i j j n i i i i i c l Q tg F y R K Q W y R ϕ α α + + = + ∑ ∑ Với 1 1 1 . i i i j m tg tg K ϕ α − = + ÷÷
Khi tính tốn theo phương pháp Bishop phải tính lặp mị dần vì mj lại phụ thuộc vào Kj nên nếu sử dụng phương pháp Bishop thì buộc phải sử dụng các chương trình trên máy tính.
* Những chú ý khi vận dụng phương pháp phân mảnh cổ điển và phương pháp Bishop
- Bề rộng mảnh trượt di khơng được vượt quá 2m và phải phân mảnh sao cho nhiều dài cung trượt trong phạm vi mỗi mảnh trượt li phải nằm trong vùn một lớp đất. Mỗi mảnh trượt bao gồm tất cả các lớp đất kể từ mặt trượt trở lên (cĩ thể gồm cả tầng cát đệm, phần đắp chìm trong đất yếu, phần lớp đất khơng yếu, phần đắp phản áp, phần áp, phần đắp gia tải trước và phần chiều cao đắp tương ứng với trọng xe cộ quy đổi.
56
- Xác định bản thân mỗi mảnh Qi nhu sau: 1
.
N
i i k k
Q = d ∑γ h
trong đĩ hk là chiều cao thú I trong phạm vi mỗi lớp đất khác nhau cĩ dung trọng thể tích khơ ĩk khác nhau (N là số lớp đất khác nhau trong phạm vi mảnh i). Đối với các lớp đất yếu nằm dưới mức nước ngầm thì trị số ĩk phải dùng trọng lượng thể tích đẩy nổi.
- Chú ý rằng đối với các mảnh trượt nằm trong phạm vi bề rộng của nền đường khi tính Qi phải kể đến thêm chiều cao quy đổi tải trọng xe cộ hx (được quy đổi theo các quy định hiện hành) và chiều cao đắp gia tải nếu cĩ.
- Phải tính tốn với nhiều mặt trượt trịn khác nhau để xác định được mặt trượt nguy hiểm nhất và hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin. Trị số này dùng để đánh giá đối với các yêu cầu về độ ổn định trượt trồi nĩi ở phần II.1.a chương 2. Chú ý rằng phải vẽ được (xác định được) vị trí mặt trượt nguy hiểm nhất dự báo theo tính tốn để làm cơ sở cho việc thiết kế bố trí các giải pháp xử lý như bề rộng phản áp, chiều sâu bố trí các phương tiện thốt nước đứng hoặc để xác định vùng hoạt động khi tăng cường ổn định trượt bằng vải địa kỹ thuật. Trường hợp lớp đất yếu mỏng, mặt trượt cĩ thể gồm các đoạn cung trịn kết hợp với một đoạn thẳng ở đáy lớp đất yếu (đặc biệt khi đấy cĩ độ dốc trên 10%). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nếu khơng sử dụng máy tính thì cĩ thể tham khảo hướng dẫn dị tìm mặt trượt nguy hiểm nhất trong 22TCN 262-2000.
- Khai áp dụng giải pháp đắp thành nhiều đợt thì trong quá trình tính tốn phải quy đổi tải trọng thi cơng thành lớp đất tương đương căn cứ tình hình thực tế đồng thời hệ số Kmin yêu cầu = 1.2.
- Khi tính tốn phải đặc biệt chú trọng số liệu đầu vào và sự thay đổi các giá trị trong từng giai đoạn tính tốn khi tiến hành đắp theo giai đoạn.
2.3. Các vấn đề về lún và viêc tính tốn lún đối với nền đường:
Thường tiến hành tính lún của nền đất yếu dưới nền đường đắp bằng cách xem độ lún cĩ tính chất hai chiều và gồm 4 thành phần sau:
57 ( .2) i c ng tb S∞ = + +S S S +S II Trong đĩ: + S∞là độ lún cuối cùng.
+ Si là độ lún tức thời (khi dang thi cơng) xảy ra khơng thốt nước lỗ rỗng được xác định theo lý thuyết đàn hồi. Phương trình của thành phần độ lún này về nguyên tắc tương tự như biến dạng của một cột đất dưới tác dụng của tải trong trục. Trong tính tốn cĩ thể cho phép lấy bằng (m – 1).Sc (II.3) với m là hệ số từ 1.1 đến 1.4; trường hợp cĩ các biện pháp hạn chế đất yếu bị đẩy trồi ngang dưới tải trọng đắp (như cĩ đắp phản áp hoặc rải vải địa kỹ thuật) thì sử dụng m = 1.1; ngồi ra chiều cao đắp càng lớn và đất càng yếu thì sử dụng trị số m càng lớn.
+ Sc là độ lún cố kết (hoặc cơ bản). Khi đất chịu tác dụng, nĩ bị nén lún do:
● Biến dạng của các hạt đất.
● Sự nén của khơng khí hoặc của nước trong lỗ rỗng. ● Nước và khơng khí thốt ra khỏi lỗ rỗng.
Hai thành phần đầu cĩ thể bỏ qua, chỉ cịn thành phần thứ ba. Khi nước và khơng khí bị ép ra khỏi lỗ rỗng, các hạt đất được xếp lại đến vị trí ổn định và kết quả là mặt đất bị lún. Quá trình này xảy ra nhanh hay chậm phụ thuộc vào độ thấm của đất. Sự sắp xếp lại của các hạt đất và sự nén lún phụ thuộc vào độ cứng của cốt đất và vào kết cấu của đất.
Khi đất sét chịu tải, d độ thấm tương đối thấp nên độ nén lúc của nĩ được kiểm tra bằng tốc độ nước thốt khỏi lỗ rỗng. Sự biến dạng cĩ thể xảy ra trong thời gian rất lâu. Đây là chỗ khác nhau cơ bản và duy nhất giữa sự nén chặt các vật liệu rời và sự cố kết của đất dính; sự nén chặt của cát xảy ra tức thời cịn sự cố kết là cả một quá trình phụ thuộc vào thời gian.
+ Sng là độ lún do chuyển vị ngang của đất dưới nền đắp. Do Sng nhỏ so với Sc nên trong tính tốn cĩ thể bỏ qua.
58
+ Stb là độ lún từ biến (nén thứ cấp) tương ứng với sự tiếp tục biến dạng sau khi áp lực nước rỗng biến mất. Do Stb nhỏ so với Sc nên trong tính tốn cĩ thể bỏ qua.
Vậy cĩ thể tính gần đúng: S∞ = mSc(II.4)
* Tính tốn độ lún cố kết
Biến dạng của đất là một hiện tượng cơ học rất phức tạp. Hiện nay cĩ rất nhiều lý thuyết khác nhay để tính lún nhưng cĩ thể tổng kết lại trong 4 lý thuyết: lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ, lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi, lý thuyết tổng quát và lý thuyết nền biến dạng tuyến tính. Tất cả các lý thuyết trên trong thực tế đều được á dụng trong từng lĩnh vực riêng biệt, nhưng khơng phải tất cả đều được dùng phổ biến mà hiện nay chỉ cĩ lý thuyết nền biến dạng tuyến tính. Tất cả các lý thuyết trên thực tế đầu được áp dụng trong từng lĩnh vực riêng biệt, nhưng khơng phải tất cả đều được dủng phổ biến mà hiện nay chỉ cĩ lý thuyết