- Thõn đờ quai bằng tỳi vải địa kỹ thuật chứa cỏt, mặt cắt hỡnh thang khụng cõn, mỏi ngoài tiếp giỏp với biển cú độ dốc nhỏ để đảm bảo ổn định, mỏi phớa trong tiếp giỏp san nền thẳng đứng.
- Bố trớ cơ đờ trờn mỏi thượng lưu tiếp giỏp với biển, mặt cơ đờ ở cao độ +4,5m, để tiờu hao năng lượng súng tốt nhất, chọn chiều rộng cơ bằng chiều dài bước súng thiết kế Bcơ=3,0m.
- Phần thõn đờ từ cao trỡnh + 4,5m đến cao trỡnh +6,55m được đắp bằng đất cấp 3, đầm chặt với dung trọng thiết kế γ =1,75 T/m3
.
3.1.4. Chiều rộng và kết cấu mặt đờ:
3.1.4.1. Chiều rộng mặt đờ:
Theo tiờu chuẩn thiết kế đờ biển 2012 [2], dựa vào cấp cụng trỡnh thỡ chiều rộng đỉnh đờ được quy định: Đối với cụng trỡnh cấp I thỡ chiều rộng mặt đờ được chọn là B=8,0m.
Mặt đờ cú cao độ +7,0m, mặt đờ kết hợp làm đường giao thụng trong nội bộ sõn bay, chiều rộng mặt đờ 8,0m (bao gồm 7,0m lũng đường, hai bờn lề mỗi bờn 0,5m).
3.1.4.2. Kết cấu mặt đờ:
Kết cấu mặt đờ phải đảm bảo với yờu cầu sử dụng, đảm bảo điều kiện kinh tế kĩ thuật. Đồng thời bố trớ hệ thống kờnh thoỏt nước trờn mỏi phớa trong nhằm tập trung thoỏt nước mưa và nước tràn qua đờ. Mặt đờ được đổ bằng bờ tụng nhằm chống xúi mũn và nước mưa bắn lờn và tạo tớnh thẩm mĩ. Kết cấu mặt đờ theo kết cấu của mặt đường giao thụng, thứ tự từ trờn xuống gồm cỏc lớp:
+ Lớp bờ tụng nhựa hạt mịn dày 4,0cm; + Lớp bờ tụng nhựa hạt trung dày 7,0cm; + Lớp bờ tụng nhựa hạt thụ dày 14,0cm; + Lớp đỏ cấp phối dày 20 cm;
Mộp ngoài của đỉnh đờ bố trớ tường đỉnh, chiều cao tường đỉnh Htường=0,8m, cao trỡnh đỉnh tường +7,8m, tường đỉnh cú tỏc dụng chống súng, kết cấu tường đỉnh bằng bờ tụng cốt thộp, chiều dày tường Btường=0,3m.
3.1.5. Mỏi đờ:
- Mỏi thượng lưu tiếp giỏp với biển cú độ dốc thay đổi, phớa dưới cơ đờ (dưới cao trỡnh +4,5m) mỏi đờ cú dộ dốc m=4,0, phớa trờn cơ đờ (trờn cao trỡnh +4,5m) mỏi đờ cú độ dốc m=3,5. Mỏi thượng lưu tiếp giỏp với biển được bảo vệ bằng kố lỏt mỏi õm-dương, bảo đảm thõn đờ ổn định, an toàn chống xúi dưới tỏc động của súng biển, giú bóo.
- Mỏi đờ phớa trong, phần phớa trờn cao độ san nền cú độ dốc mỏi m=2,0. Phần mỏi đờ phớa trong cao hơn mặt sàn 2,5m (từcao độ san nền +4,5m đến cao trỡnh đỉnh đờ +7,0m), được bảo vệ bằng tấm bờ tụng M300 chốn trong khung bờ tụng cốt thộp, để chống xúi dưới tỏc động của mưa và súng tràn quađỉnh đờ.
Hỡnh 3.3 - Mặt cắt đại diện thõn đờ bằng tỳi cỏt vải địa kỹ thuật
3.2.Phõn tớch ứng suất - biến dạng và ổn định của đờ và nền
3.2.1. Mục đớch tớnh toỏn
Tớnh toỏn ổn định nhằm đảm bảo từng bộ phận của cụng trỡnh và cả cụng trỡnh làm việc bỡnh thường theo yờu cầu thiết kế, tức là cụng trỡnh phải đảm bảo điều kiện về cường độ (khụng bị trượt) và biến dạng (lỳn khụng quỏ lớn). Căn cứ vào những điều kiện như vậy, chỳng ta cú thể đề xuất cỏc giải
phỏp xử lý nền hoặc biện phỏp thi cụng hợp lý, nhằm đảm bảo cụng trỡnh làm việc ổn định lõu dài.
Tớnh toỏn lỳn xột đến thời gian cố kết của đất nền và thõn đờ nhằm xỏc định được chiều sõu lỳn lớn nhất của nền và thõn đờ, từđú xỏc định được chớnh xỏc khối lượng vật liệu cần thiết để xõy dựng đờ quai; đồng thời xỏc định được thời gian cần thiết để nền và thõn đờ đạt quỏ trỡnh ổn định về lỳn, trờn cơ sởđú lờn kế hoạch xõy dựng cỏc hạng mục cụng trỡnh trờn đờ cho phự hợp.
3.2.2. Lựa chọn phương phỏp tớnh
3.2.2.1. Lý thuyết phõn tớch ổn định mỏi dốc
Để tớnh toỏn ổn định mỏi dốc, cú thể dựng phương phỏp phõn tớch giới hạn hoặc phương phỏp cõn bằng giới hạn.
Phương phỏp cõn bằng giới hạn (CBGH) dựa trờn cơ sở giả định trước mặt trượt (coi khối trượt như một cố thể) và phõn tớch trạng thỏi CBGH của cỏc phõn tố đất trờn mặt trượt giả định trước. Mức độ ổn định được đỏnh giỏ bằng tỷ số giữa thành phần lực chống trượt (do lực ma sỏt và lực dớnh) của đất nếu được huy động hết so với thành phần lực gõy trượt (do trọng lực, ỏp lực đất, ỏp lực nước, ỏp lực thấm,...). Hiện đó cú kết quả nghiờn cứu cho bài toỏn ba chiều (phương phỏp Wike, Lone) tuy nhiờn trong thực tế nhiều cụng trỡnh cú kớch thước một chiều khỏ lớn như: đờ, đập, tường chắn đất,... nờn cú nhiều phương phỏp giải quyết đụi với bài toỏn phẳng: Fellenius, Bishop, Spencer, Janbu...
Phương phỏp phõn tớch giới hạn dựa trờn cơ sở phõn tớch ứng suất trong cụng trỡnh (khối đất đắp: đờ, đập,...) và nền của chỳng. Dựng cỏc thuyết bền: Morh-Coulumb, Hill – Tresca, Nises – Slieker,... kiểm tra ổn định cho từng điểm trong toàn miền. Cụng trỡnh được coi là mất ổn định khi tập hợp cỏc điểm mất ổn định tạo thành mặt trượt liờn tục. Giải quyết vấn đề này cần sử dụng cỏc kiến thức của sức bền vật liệu, lý thuyết đàn hồi và dựng phương phỏp sai phõn để tớnh toỏn. Ngày nay do cụng cụ mỏy tớnh phỏt triển nờn
phương phỏp phần tử hữu hạn cú phần chiếm ưu thế. Những năm gần đõy lý thuyết phõn tớch hệ thống đó được ứng dụng để phõn tớch ổn định mỏi đất.
a. Phương phỏp cõn bằng giới hạn
Phương phỏp cõn bằng giới hạn dựa vào mặt trượt giả định trước (cõn bằng giới hạn cố thể), để phõn tớch trạng thỏi cõn bằng của cỏc phõn tố đất trờn mặt trượt giả định trước. Mức độ ổn định được đỏnh giỏ bằng tỷ số giữa thành phần lực chống trượt (do lực ma sỏt và lực dớnh) của nền đất nếu được huy động hết so với thành phần lực gõy trượt (do trọng lượng, ỏp lực đất, ỏp lực nước, ỏp lực thấm...).
Mức độ ổn định của mỏi dốc được đỏnh giỏ định lượng qua hệ số an toàn ổn định, gọi tắt là hệ sốan toàn. Và theo quan điểm của phương phỏp này gọi chung là hệ số an toàn.
Hệ số an toàn ổn định K là tỷ số giữa tổng mụmen chống trượt của đất dọc theo mặt trượt với tổng mụmen gõy trượt do tải trọng ngoài và trọng lượng đất của khối lượng đất trượt gõy nờn
K M M K gt ct ≤[ ] = (3-4) Trong đú:
+ Mct: tổng mụmen chống trượt lấy đối với tõm O, bỏn kớnh R mặt trượt trũn. + Mgt: tổng mụmen gõy trượt do tải trọng ngoài và trọng lượng bản thõn của khối trượt đối với tõm O.
+ [K]: là hệ số an toàn chống trượt cho phộp, phụ thuộc cấp bậc cụng trỡnh, xỏc định theo quy phạm.
Khi xỏc định tổng mụmen chống trượt, coi đất dọc theo mặt trượt ở trạng thỏi cõn bằng giới hạn, tức giữa cường độ chống cắt của đất τ0 và ứng suất vuụng gúc với mặt trượt σ thỏa mó biểu thức Coulomb:
' '
0 =(σ −u).tgϕ +c
Trong đú:
+ σ: ứng suất tổng vuụng gúc với mặt trượt
+ u: ỏp lực nước lỗ rỗng tại điểm mặt trượt đi qua. + ϕ’, c’: gúc ma sỏt trong và lực dớnh đơn vị của đất.
Trường hợp, với mặt trượt trụ trũn, tõm O, bỏn kớnh là R, trị số Mct được xỏc định như sau: ( ) 0 ' ct L L M =R∫τ dl=R∫ σ −u tgϕ +c dl (3-6) Và trị số Mgt được tớnh theo cụng thức: gt L M =R∫τdl (3-7) Trong đú: τ là ứng suất cắt dọc mặt trượt.
Hỡnh 3.4: Xỏc định mụmen chống trượt, gõy trượt với mặt trượt trụ trũn.
Hệ sốan toàn K xỏc định theo biểu thức (3-4), sau khi rỳt gọn T sẽ cú:
( ) ' L L R u tg c dl K R dl σ ϕ τ − + = ∫ ∫ (3-8) Phương phỏp mặt trượt trụ trũn với hệ sốan toàn như trờn mới được tớnh toỏn theo phương phỏp tất định, nghĩa là coi tải trọng và độ bền tớnh toỏn được mặc định trong suốt quỏ trỡnh làm việc của cụng trỡnh. Thực tế cỏc tải
trọng và độ bền chịu tỏc động của nhiều yếu tốkhỏc nhau như: điều kiện làm việc của cụng trỡnh, tiếp xỳc giữa kết cấu cụng trỡnh và nền đất, độ tin cậy cỏc số liệu về đất nền, tầm quan trọng của cụng trỡnh, độ tin cậy về tải trọng và tổ hợp tải trọng v.v... Khi tớnh toỏn thiết kế theo quan điểm vừa nờu trờn thỡ độ tin cậy của cỏc số liệu tớnh toỏn được tớnh chung lại trong một hệ số an toàn và cố định trước cỏc giỏ trị của chỳng trong suốt thời gian làm việc là khụng thỏa món.
Vỡ vậy, cụng thức tớnh hệ sốan toàn chung trờn được chuyển sang phương phỏp trạng thỏi giới hạn, bằng cỏch thờm cỏc hệ số an toàn cục bộ xỏc định bằng xỏc suất thống kờ như sau: c tt gh n m n N R k ≤ (3-9) Trong đú:
Ntt - Tổng hợp lực gõy trượt tớnh toỏn, đó xột đến hệ số vượt tải hay hệ số về tải trọng, ởđõy là mụmen gõy trượt.
kn - Hệ số tin cậy tựy thuộc cấp cụng trỡnh, thường từ1,1 đến 1,25. nc - Hệ số tổ hợp tải trọng.
+ Tải trọng cơ bản: nc =1,0 + Tải trọng đặc biệt: nc =0,9 + Tải trọng thi cụng: nc =0,95.
m - Hệ sốđiều kiện làm việc của cụng trỡnh, xột đến điều kiện chịu tải của đất nền, mức độ tin cậy của phương phỏp tớnh. Với cụng trỡnh cầu cảng m=1,15; mỏi dốc tự nhiờn và nhõn tạo m=1,0; cụng trỡnh chịu lực chống ngang, vũm m=0,75 (theo quy phạm VN).
Rgh - Tổng lực chống trượt giới hạn, hay mụmen chống trượt.
Điều kiện đểổn định cú thể viết dưới dạng thụng thường với một hệ số an chung, trong đú đó tổng hợp đầy đủ cỏc hệ số tin cậy của cỏc đại lượng hoặc
yếu tốảnh hưởng đến mức độ an toàn : [ ]gh tt R N K ≤ (3-10) Trong đú :[ ] n kc n K m = (3-11) Hay : gh [ ] tt R K K N = ≥ (3-12)
Giỏ trị của [K] tớnh theo cụng thức ởtrờn theo TCVN được gọi là hệ số an toàn tổng hợp.
Về mặt lý thuyết việc giải bài toỏn là chặt chẽ nếu thỏa món cả 3 phương trỡnh cõn bằng: 2 phương trỡnh cõn bằng lực và 1 phương trỡnh cõn bằng mụmen. Dựa theo việc thỏa món một, hai hay ba phương trỡnh núi trờn, đến nay tồn tại 3 nhúm :
Nhúm thứ nhất (phương phỏp thụng dụng): Fellenious, Trugaep: Nhúm này tớnh toỏn đơn giản nhất.
Nhúm thứ hai: thỏa món phương trỡnh cõn bằng momen và một phương trỡnh cõn bằng lực như phương phỏp Terzaghi, Bishop thỡ việc tớnh toỏn đó phức tạp hơn.
Nhúm thứ ba: thỏa món cả 3 phương trỡnh núi trờn, gồm cú cỏc phương phỏp: Janbu tổng quỏt, Spencer, Morfensstern-Price, phương phỏp cõn bằng giới hạn tổng quỏt. Nhúm này tớnh toỏn phức tạp nhất nờn chưa được ứng dụng trong thực tế.
Kết quả tớnh toỏn thực tế bằng cỏc phương phỏp khỏc nhau do J.M. Duncan (trường ĐH Berkely- Mỹ) và S.G.Wright (trường Austin – Mỹ) cụng bốnăm 1980 cho thấy:
Trong trường hợp đất cú thành phần ma sỏt càng lớn hơn so với lực dớnh và khi ỏp lực nước lỗ rỗng càng lớn thỡ với cỏc phương phỏp càng đơn giản trong tớnh toỏn cú sai số càng nhiều.
Trong trường hợp ma sỏt của đất nhỏ và khụng cú ỏp lực nước lỗ rỗng thỡ kết quảcỏc phương phỏp hầu như trựng nhau.
b. Phương phỏp giảm dần liờn tục ϕ, c
Phương phỏp giảm dần liờn tục ϕ, c trờn cơ sở phõn tớch ứng suất bờn trong cụng trỡnh (khối đất đắp của đờ, đập...) và nền của chỳng. Ta dựng cỏc thuyết bền như: Morh-coulomb, Hill-Tresca, Nises-Sleiker... để kiểm tra ổn định cho từng điểm trong toàn miền. Cụng trỡnh được coi là mất ổn định khi tập hợp cỏc điểm mất ổn định tạo thành mặt trượt liờn tục. Giải quyết vấn đề này sử dụng cỏc kiến thức của mụn sức bền vật liệu; lý thuyết đàn hồi; và dựng phương phỏp sai phõn để tớnh. Với phương tiện mỏy tớnh ngày nay phỏt triển, nờn phương phỏp phần tử hữu hạn cú phần chiếm ưu thế. Mức độ ổn định của mỏi dốc được đỏnh giỏ định lượng qua hệ số huy động cường độ chống cắt của đất.
Xột một diện tớch đơn vị, (giả sử là 1 m2) trong khối đất nghiờng một gúc α đang ở trạng thỏi cõn bằng bền, chịu tỏc dụng của lực cắt τ (kN/m2
), lực nộn vuụng gúc là σ(kN/m2
) và ỏp lực nước lỗ rỗng là u(kN/m2). Ta cú thể tớnh được cường độ chống cắt trờn diện tớch đơn vị ấy theo cỏc chỉ tiờu chống cắt của đất theo định luật Coulomb như sau:
τ0 = (σ-u)tgϕ’ +c’ (3-13)
Ứng với một loại đất, đường Coulomb khụng đổi do cỏc trị số σ’ và c’ khụng đổi.
Hỡnh 3.5: Xỏc định gúc ma sỏt và lực dớnh huy động.
Do khối đất được thiết kế ở trạng thỏi cõn bằng bền, nờn trờn một đơn vị diện tớch cú bất đẳng thức.
τ <τ0 (3-14)
Để cho diện tớch của đơn vị đang xột là một mảnh của mặt trượt thực (tức ở trạng thỏi cõn bằng giới hạn) , người ta thương giữ nguyờn trạng thỏi ứng suất (tức giữ nguyờn trị sụ τ) và giảm trị số của cỏc chỉ tiờu cường độ chống cắt của đất, như giảm trị số τom, tức giảm độ nghiờng của đường Coulomb. Như vậy sẽ cú cụng thức tớnh lực chống cắt của đất:
o om
F
τ
τ = (3-15)
Trong đú: F là trị số lớn hơn hoặc bằng 1, được gọi là hệ số huy động cường độ chống cắt của đất, trị số của F xỏc định theo cụng thức:
o om
F τ
τ
= (3-16)
Với τom gọi là phần cường độ chống cắt của đất đó được huy động đủ đảm bảo sự cõn bằng giới hạn, được gọi là cường độ chống cắt huy động và F là hệ
sốhuy động cường độ chống cắt của đất, được coi là hệ số an toàn ổn định về trượt tại nơi đang xột.
Theo định luật Coulomb, cường độ chống cắt của đất trờn diện tớch đơn vị tớnh theo cụng thức. Theo quan điểm này, trị số τ0 tớnh theo cụng thức này được coi là cường độ chống cắt vốn cú của đất và đường Coulomb là đường (1) trong hỡnh 3.5. Cú thể viết : ( ) ' ' ( ) ' ' m o om m tg c u u tg c F F F τ ϕ τ = = σ − + = σ − ϕ + (3-17) Với ' ' m tg tg F ϕ ϕ = ; ' ' m c c F = là giỏ trị giảm nhỏ của hệ số ma sỏt và lực dớnh của đất ứng với hệ sốan toàn F và đường Coulomb của đất là đường (2) hỡnh 3.5.
Khi F =1 cú nghĩa là cường độ chống cắt (lực dớnh và ma sỏt được huy động hết) nờn điểm đú đạt trạng thỏi cõn bằng giới hạn.
Khi F > 1 thực tế đất đang cũn dự trữ về ma sỏt và lực dớnh nờn điểm đú cũn ổn định (nằm trong trạng thỏi cõn bằng bền), nhưng khi tớnh toỏn, xem như điểm đú đạt trạng thỏi cõn bằng giới hạn do giảm lực dớnh C và hệ số ma sỏt (tgϕ) bởi hệ số an toàn (F) tớnh theo cụng thức sau:
( ) ' ' om u tg c F σ ϕ τ − + = (3−18) τ, σ là hai thành phần ứng suất tiếp và ứng suất phỏp của một điểm trờn diện tớch đơn vịnơi đang xột bị phỏ hoại.
Nếu F < 1 về lý thuyết thuần tỳy đểtớnh toỏn, xem như đó tăng lực dớnh và hệ số ma sỏt lờn bởi hệ số an toàn F để cho điểm đú vẫn nằm trong trạng thỏi cõn bằng giới hạn, nhưng thực tếkhụng cú vỡ nú đó bị phỏ hoại.
Trờn mặt trượt nguy hiểm nhất, cường độ chống cắt của đất được huy động ở cỏc mức độ khỏc nhau, và thường xỏc định trị số trung bỡnh của cỏc
mực độ huy động (F) tại cỏc nơi trờn mặt trượt giả định để làm hệ số an toàn ổn định của mỏi đất ứng với mặt trượt đang xột.
Theo quan điểm này, tổng nhõn tử ΣMsf (Total muptiplier) hệ số an toàn được dựng để xỏc định cỏc thụng số độ bền chống cắt tại tại một giai đoạn đó cho và được biểu thị theo biểu thức sau:
reduced u input u reduced reduced sf s s c c M . . tan tan = = = ∑ φ φ (3-19) Trong đú:
c, tanφ: lần lượt là lực dớnh đơn vị và hệ số ma sỏt thực cú của khối đất đang xột;