I. ĐẮP ĐẤT TRÊN LỚP ĐỆM – ĐẮP ĐẤT TRÊN BÈ:
2. Cơng thức t.tốn t.gian tăng sức chịu tải của đất nền yếu khi làm giếng cát:
2.4 NỀN ĐẮP TRÊN CỌC:
2.4.1 Tổng quan:
Hiện nay cĩ nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau để làm tăng sức chống cắt của nền đất yếu và kiểm sốt quá trình cố kết trong xây dựng. Những kỹ thuật này bao gồm: hệ thống thốt nước, đĩng cọc và thay thế tồn bộ đất yếu … Kỹ thuật đĩng cọc cho phép đất sẽ bị đắp tới những chiều cao bất kì nào. Đất đắp sẽ được sử dụng ở những nơi cĩ chiều cao đất đắp khơng hạn chế truyền lực xuống cọc thơng qua những cái mũ trên đầu cọc để phân phối tải trọng.
2.4.2 Cơ sở thiết kế:
Các dạng của cọc được dùng trong đất nền như: cọc bê tơng, cọc gỗ, cọc đá, trụ bê tơng, giếng cát… Thơng thường giả thiết rằng, tất cả tải trọng của đất sẽ được truyền qua cọc xuống những tầng đất cứng. Vì vậy, việc xem xét phải lựa chọn loại cọc như thế nào và cách bố trí của các cọc ra sao cho phù ợp với từng loại đất yếu.
Sự gia cố đất được thực hiện cơ bản thơng qua sự truyền tải trọng của lớp đất đắp thơng qua những tai nấm trên các đầu cọc (hoặc những lớp vải địa kỹ thuật được trải trên các đầu cọc).
Sự gia cố đất cho phép chúng ta tăng khoảng cách của cọc lên và giảm bớt kích thước các tai nấm hay ngược lại tùy vào sự tính tốn sao cho phù hợp. Ngồi ra với biện pháp gia cố đất này chúng ta cịn làm giảm được lực đẩy ngang của đất đắp. (Xem hình 1)
2.4.3 Các trạng thái tới hạn:
Những trạng thái tới hạn cần được xem xét như sau: - Khả năng làm việc của nhĩm cọc; (xem hình 2a) - Khoảng cách của nhĩm cọc; (xem hình 2b)
- Tải trọng thẳng đứng truyền lên các tai nấm trên đầu cọc; (xem hình 2c) - Ổn định trượt của đất đắp; (xem hình 2d)
- Tính ổn định của tồn bộ đất đắp; (xem hình 2e) Các trạng thái giới hạn của lực tác dụng được xem như: - Sức căng giới hạn của tải trọng gia cố (hình 2a); - Ổn định nền mĩng cọc (hình 2b);
Những trạng thái giới hạn này được bao trùm trong những mệnh đề sau:
a. Trong phương dọc qua chiều dài của đất đắp ta cần phải chuyển tồn bộ tải trọng của đất đắp theo phương thẳng đứng lên các tai nấm của đầu cọc Trp.
b. Trong phương ngang qua chiều ngang của lớp đất đắp ta cần phải chuyển tổng tải trọng của đất đắp theo phương thẳng đứng lên các tai nấm của đầu cọc Trp (xem mục 2.4.6) và tổng tải trọng cần phải chống lại được sự trượt bên Tds.
Để đảm bảo rằng trạng thái tới hạn của sự gia cố đất khơng bị phá sản trong thiết kế chúng ta cần phải thỏa mãn các điều kiện sau: d
r n
T T
f ≥
Trong đĩ:
TD – sức chịu tải tính tốn trong gia cố đất thỏa mãn: u D m T T f = , với: Tu – sức chịu tải cơ bản
fm – hệ số cục bộ vật liệu cho sự gia cố
fn – hệ số cục bộ liên quan đến mức độ hư hỏng (xem bảng 1);
2.4.4 Khả năng làm việc của nhĩm cọc:
Do những lí do về kinh tế mà khoảng giữa những cọc kề nhau cần phải được bố trí cực đại. Khả năng chịu tải của nhĩm cọc cần phải thiết kế theo BS – 8004, phải tính đến sự thất thốt do sự làm việc của cả nhĩm cọc, tính theo cơng thức sau:
( * * * ) p fs q s Q s f γ H f w = + Trong đĩ:
Qp – là khả năng chịu tải cho phép của mỗi cọc trong nhĩm cọc; fƒs – hệ số cục bộ của đơn vị trọng lượng của đất (xem bảng 2);
γ - là dung trọng riêng của khối đất đắp;
fq – là hệ số tải trọng cục bộ của tải trọng tác dụng từ bên trong, (xem bảng 2); ws – là tải trọng động chất thêm bên trên;
2.4.5 Phạm vi làm việc của nhĩm cọc:
Vùng cĩ cọc cần phải mở rộng tới khoảng cách bên ngồi mép vai của đất để đảm bảo rằng bất kì sự bất ổn định bên ngồi vùng cĩ cọc sẽ khơng làm ảnh hưởng đến đất đắp. Giới hạn mép của mũi cọc ở phía ngồi được xác định bởi cơng thức sau: (xem hình 2b);
Lp = H (n – tan (θp)) Trong đĩ:
Lp – Khoảng cách theo chiều ngang kể từ cạnh bên ngồi của tai nấm cọc bên ngồi cho tới chân của khối đất đắp, (xem hình 4);
H – chiều cao của khối đất đắp;
T
θp – là gĩc (đứng) giữa cạnh ngồi của tai nấm cọc bên ngồi và lưng của khối đất đắp, (xem hình 4);
Nơi ϕ’cv được miêu tả của đất đắp: ϕp = 450 - ϕ’cv/2
2.4.6 Tải trọng thẳng đứng:
Nĩ rất cần thiết cho tải trọng thẳng đứng sẽ truyền lên đầu tai nấm cọc. Do đĩ, để đảm bảo những biến dạng nhỏ sẽ khơng thể xuất hiện ở bề mặt của đất đắp (cĩ thể gây sự cố trên đất đắp cạn), mối quan hệ giữa chiều cao đất đắp và mũ cọc thỏa mãn biểu thức sau: (xem hình 2c);
H ≥ 0,7 * (s – a) Trong đĩ:
a – là kích thước của tai nấm cọc (giả sử rằng việc đắp được gia cố sinh ra từ cánh của tai nấm);
s – là khoảng cách giữa hai cọc liên tiếp; H – chiều cao của khối đất đắp;
Bởi vì những sự khác nhau đáng kể trong biến dạng đặc trưng giữa những cọc và vùng đất yếu xung quanh. Sự phân bố ứng suất thẳng đứng ngang qua chân của đất khơng đồng dạng. Biến dạng uốn của đất giữa các tai nấm của các cọc kề nhau gây ra sự phân bố ứng suất thẳng đứng trên đầu của các tai nấm cọc lớn hơn ứng suất của đất xung quanh cọc. Tỷ lệ của ứng suất thẳng đứngtrên đầu các tai nấm cọc đối với ứng suất thẳng đứng trung bình tại đáy của đất (pc’/σv’)cĩ thể đánh giá bằng cách sử dụng cơng thức của Marston: 2 ' * c c v p C a H σ = Trong đĩ:
pc’ – là ứng suất theo phương đứng trên các tai nấm cọc;
σv – bằng (ffs * γ * H * fp * ws) và hệ số trung bình của ứng suất tại đáy của lớp đất đắp;
γ - là dung trọng riêng của khối đất đắp; H – chiều cao của khối đất đắp;
ws – là phân bố vượt tải đồng dạng;
a – là kích thước (hay đường kính) của tai nấm cọc; Cc – độ cong của vải giữa các mũ cọc;
Phân loại tải trọng mang đi bởi sự gia cường giữa tai nấm các cọc kề bên nhau cĩ thể được xác định từ:
Đối với: H > 1,4 * (s – a);
2 2 2 2 1 4 ' ' . * * * *( ) * * fs c T v s f s a p W s a s a γ σ − = − −
( ) 2 2 2 2 ' ' * * * * * * fs d s c T v s f H f w p W s a s a γ σ + = − − Nhưng: WT = 0 nếu: 22 ' ' c v p s a ≤σ Trong đĩ:
WT – Phân bố tải trọng bên trên phần gia cố theo phương đứng giữa hai tai nấm cọc kế tiếp nhau, (xem hình 5);
ffs – là hệ số tải trọng cục bộ của đơn vị khối lượng đất, (xem bảng 2); fq – là hệ số tải trọng cục bộ cho tải bên ngồi, (xem bảng 2);
Đối với một sự gia cố cĩ thể kéo dài ra Trp trên mỗi mét được sinh ra trong gia cố là kết quả của sự phân bố tải trọng WT:
1 1 2 6 ( )* * * T rp W s a T a ε − = + Trong đĩ:
Trp – là tải trọng gây ra lực căng trong lúc gia cố, (xem hình 5);
ε - là biến dạng dài tương đối của vải địa kỹ thuật;
2.4.7 Sự trượt bên:
Sự gia cố cần phải chống lại lực nằm ngang do sự trượt bên trên. Trong gia cố tải trọng gây ra lực căng Tds cần chống lại lực đẩy trượt bên trên của đất: (xem hình 2c);
Tds = 0,5 * Ka * (ffs * γ * H + 2 * fq * Ws) * H Trong đĩ:
Tds –là tải trọng gây ra lực căng trong gia cố trên một mét “ chạy “ cần chống lại sự đẩy trượt ở bên hơng đất;
Ka – là hệ số áp lực đất;
H – chiều cao của khối đất đắp;
γ – là dung trọng riêng của khối đất đắp; Ws – là tải trọng động của xe;
ffs – là hệ số tải trọng cục bộ của đơn vị khối lượng đất; fd – là hệ số tải trọng cục bộ cho tải bên ngồi;
Để phát triển tải trọng gây ra lực căng Tds trong gia cố đất đắp khơng cần lực đẩy trượt bên ngồi qua sự gia cố. Để ngăn ngừa lục trượt nằm ngang đến mức tối thiểu thì mối ràng buộc chiều dài Le cần phải: (xem hình 6);
0 5 2 ' ' . * * *( * * * * )* * * tan( ) * * a fs d s s n e cv ms K H f H f w f f L a h f γ ϕ γ + ≥ Trong đĩ:
h – là chiều cao trung bình của lớp đất đắp phía trên chiều dài gia cố Le;
α’ – là hệ số ảnh hưởng liên quan đến gĩc kết dính của đất / gia cố với tan (ϕcv’);
ϕcv’ – là gĩc ma sát của lớp đất đắp dưới điều kiện tác dụng của tải trọng; fms – là hệ số vật liệu cục bộ áp dụng cho tan (ϕcv’) (xem bảng 2);
Ngồi ra tính cục bộ của lớp đất đắp cần phải được kiểm tra.
2.4.8 Điều kiện gia cố:
Sự gia cố cần phải đạt được trạng thái ổn định với các vùng đất xung quanh tại đầu của vùng cĩ cọc. Điều này sẽ đảm bảo trạng thái kéo giới hạn cực đại tải cĩ thể phát sinh (dọc theo chiều rộng lớp đất gia cố cần phải mở rộng một khoảng cách tối thiểu từ chân của đất đắp gia cố đến hàng cọc phía ngồi của nhĩm cọc cho bởi biểu thức:
1 1 2 2 ' ' ' ' * *( ) * tan( ) * tan( ) * * n p rp ds b cv cv ms ms f f T T L h f f α ϕ α ϕ γ + ≥ + Trong đĩ:
Lb – khoảng cách tối thiểu từ chân của đất đắp gia cố đến hàng cọc phía ngồi của nhĩm cọc (xem hình 6);
fn – hệ số cục bộ liên quan đến mức độ hư hỏng, (xem bảng 1);
fp – là hệ số cục bộ áp dụng cho sự chống lại kéo ra của lớp đất đắp, (xem
bảng 2);
Trp – là hệ số tải trọng sinh ra lúc kéo theo mục 2.4.6 ; Tds – là hệ số tải trọng sinh ra lúc kéo theo mục 2.4.7 ;
h – là chiều cao trung bình của lớp đất đắp phía trên chiều cao được gia cố;
γ – là dung trọng rêng của khối đất đắp;
a1’ – là hệ số ảnh hưởng liên quan tới đất / gĩc kết dính gia cố với tan(ϕcv1’) trên một phía của gia cố;
a2’ – là hệ số ảnh hưởng liên quan tới đất / gĩc kết dính gia cố với tan(ϕcv2’) trên đối xứng của gia cố;
fms – là hệ số vật liệu cục bộ áp dụng cho tan (ϕcv’) (xem bảng 2);
Dọc theo chiều dài của đất được gia cố cần phải mở rộng một khoảng cách tối thiểu bên ngồi hàng cọc phía ngồi của nhĩm cọc cho bởi biểu thức:
1 1 2 2 ' ' ' ' * * * tan( ) * tan( ) * * n p rp b cv cv ms ms f f T L h f f α ϕ α ϕ γ ≥ +
Bảng 1: Phân loại cấu trúc phụ thuộc vào mức độ hư hỏng
Loại Hệ số
cục bộ
1 (Thấp)
Các tường chắn và mái dốc cĩ chiều cao thấp hơn 1,5 m, sự hỏng hĩc cĩ thể xảy ra thiệt hại nhỏ nhất
2
(Trung bình) 1,0
Đất đắp và cấu trúc nơi mà sự hỏng hĩc sẽ gây thiệt hại trung bình
3
(Cao) 1,1
Các mố cầu, cấu trúc hổ trợ trực tiếp lên làn xe ơtơ, xe tải và các đường trục hay đường ray xe lửa, các tịa chung cư, đập, bờ kè biển, sơng.
Bảng 2: Tĩm tắt các hệ số cục bộ Các hệ số cục bộ Trạng thái giới hạn tới hạn Trạng thái giới hạn cho phép Hệ số tải trọng Khối lượng đất, VD: đất đắp ffs = 1,3 ffs = 1,0 Tải trọng tĩnh bên trên, VD: Tải
phân bố hay tải tậo trung
ff = 1,2 ff = 1,0 Tải trọng động bên ngồi, VD: tải
do xe cộ
fq = 1,3 fq = 1,0
Hệ số vật liệu của
đất
Được tác dụng với hệ số tan ϕcv’ fms = 1,0 fms = 1,0 Được tác dụng với hệ số c’ fms = 1,6 fms = 1,0 Được tác dụng với hệ số Cu fms = 1,0 fms = 1,0
Hệ số vật liệu gia cố
Được áp dụng đối với sức chịu tải của đất nền
Giá trị fm nên phù hợp với vật liệu gia cố yêu cầu và tuổi thọ cơng trình xem bảng 4 và phụ lục 1 Hệ số tương tác của đất/vật liệu gia cố
Mặt trượt ngang do vật liệu gia cố fs = 1,3 fs = 1,0 Sức chống kéo của vật liệu gia cố fs = 1,3 fp = 1,0
Bảng 3: Hệ số uốn Cc cho đất đắp cọc gia cố cơ bản
Sự sắp xếp của cọc Hệ số uốn
Cọc chống Cc = 1,95 * H/a – 0,18
Cọc ma sát Cc = 1,95 * H/a – 0,07
2.4.9 Tính ổn định tổng thể:
Để đảm bảo cho sự ổn định thì mối quan hệ sau cần được thỏa mãn cho tất cả những vị trí dọc theo khu vực của đất:
Xp2
O Tâm mặt trượt
Hình 7
MD≤ MRS + MRP + MRR Trong đĩ:
MD – là hệ số mơ men làm náo động tại tất cả các vị trí dọc theo chân của đất,
MRS – là hệ số mơ men khơi phục lại tại tất cả các vị trí dọc theo chân của đất,
MRP – là hệ số mơ men kơi phục lại do cọc ọc theo chân của đất,;
MRR – là hệ số mơ men khơi phục lại do gia cố tải tất cả các vị trí dọc theo chân của đất.
2.4.10 Tăng cường lực căng:
Cho phép kéo căng cực đại trong gia cố εmax cần phải hạn chế để đảm bảo cho khơng xuất hiện những biến dạng trên bề mặt của đất đắp. Đây cĩ thể là một vấn đề với đất đắp nơng (cạn) nơi đất bị uốn cong gây nứt nẻ bề mặt của đất đắp.
Ban đầu lực kéo căng trong sự gia cố cần để phát sinh một lực căng tải. Trong thực tế một giới hạn của 6% lực căng cần xem xét để bảo đảm rằng tất cả các tải trọng do đất đắp đều được chuyển tới các cọc. Với những đất đắp cạngiới hạn lực căng bề mặt phải được giảm bớt để ngăn ngứa những biến dạng khác nhau trên bề mặt của đất.
Về lâu dài, sức căng của đất đắp cần phải được giữ tới một giá trị cực tiểu để đảm bảo rằng về lâu dài những biến dạng cục bộ khơng xuất hiện ở trên bề mặt của đất. Trong thiết kế cho phép lực trượt tối đa là 2%.
2.4.11 Ổn định:
Thiết kế mĩng cọc nên đảm bảo các trạng thái ổn định tới hạn khơng xảy ra. Các trạng thái ổn định tới hạn cĩ thể ảnh hưởng đến quá trình hoạt động với các yếu tố sau:
a. Tăng cường ổn định khác nhau giữa đất đắp trên cọc và các cấu trúc gần kề; b. Tăng cường các tải trọng chống lại lực căng trong gia cố cơ bản.
Thực tế thiết kế mĩng cọc tốt là ngăn ngừa các trạng thái ổn định nền mĩng tới hạn.
CÁC GIẢI PHÁP CHÍNH ĐỂ GIẢI QUYẾT
VẤN ĐỀỔN ĐỊNH VÀ LÚN CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP
BỆ PHA ÛN A ÙP GIẢM CH IE ÀU CAO NỀ N ĐA ÉP CO ÄT BA L Á T CỘ T Đ ẤT GIA CO Á VÔI (XI MĂN G) N ỀN ĐA ÉP TRÊ N CỌC ĐAØO T HAY 1 PHA ÀN Đ ẤT YẾ U
KHÔN G ỔN ĐỊNH L ÚN N HIỀU, KÉO D AØI
GIA TA ÛI TA ÏM TH ỜI CO ÄT CÁ T VA Ø RÃ NH CÁ T
T HAY TO AØN BỘ Đ ẤT YẾ U ĐA ÉP BẰN G VẬ T LIỆ U NH Ẹ
ĐA ÉP THE O GIAI Đ OẠ N
ĐẮP TRÊ N L ỚP Đ ỆM ĐA ÉP Đ ẤT TRÊN BÈ
CHƯƠNG 3:
PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN LỰC TẠI VỊ TRÍ CHUYỂN TIẾP
GIỮA CẦU VÀ ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU.
SỬ DỤNG VẬT LIỆU HATELIT ĐỂ GIA CƯỜNG TẠI VỊ TRÍ MỐI
NỐI TIẾP GIỮA MỐ VÀ ĐƯỜNG VÀO CẦU
3.1 PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN LỰC TẠI VỊ TRÍ TIẾP GIÁP:
3.1.1 Kiểm tra điều kiện chịu uốn ở 600C (đối với các lớp tồn khối):
Tại các chổ giao nhau: các điểm đỗ xe buýt, các điểm dừng xe, chỗ tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố thì cần phải tính tốn kiểm tra điều kiện ổn định chống