Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng trong nền đường ô tô dưới tác dụng của tải trọng bằng phần mềm abaqus,luận án thạc sỹ kỹ thuật

Việc tính toán này dựa trên một số giả thuyết gần đúng, hoặc đưa ra các điều kiện biên phù hợp như tính toán ổn định của nền đất dựa trên sự quy đổi tải trọng,tính với tải trọng xung kíc

MỤC LỤC

CHƯƠNG I 5

CÔNG TRÌNH NỀN ĐƯỜNG VÀ CÁC YÊU CẦU 5

VỀ KỸ THUẬT - THI CÔNG 5

I-1-NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ NỀN ĐƯỜNG 5

1.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 5

1.1.2 CÁC DẠNG MẶT CẮT NGANG NỀN ĐƯỜNG: 6

1.1.3 NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO: 12

1.1.3.1 CÁC THÔNG SỐ VỀ HÌNH HỌC: 13

1.1.3.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỊA HÌNH: 13

1.1.3.3 CÁC ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐẤT : 14

1.1.4 HƯ HỎNG NỀN ĐƯỜNG VÀ NGUYÊN NHÂN: 16

1.1.4.1 CÁC HƯ HỎNG CỦA NỀN ĐẮP: 17

1.1.4.2 CÁC HIỆN TƯỢNG MẤT ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP: 18

I.2 NHỮNG TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NỀN ĐƯỜNG 19

1.2.1 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA NỀN ĐƯỜNG 19

1.2.1.1 ĐỘ VÕNG 20

1.2.1.2 MODUYN ĐÀN HỒI CỦA NỀN ĐƯỜNG 21

1.2.1.3 MODUYN PHẢN ỨNG NỀN 22

1.2.1.4 HỆ SỐ CBR 22

1.2.1.5 TIÊU CHUẨN ĐẦM NÉN 23

1.2.1.6 ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT NỀN ĐƯỜNG: 24

1.2.2 CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT CỦA NỀN ĐƯỜNG: 24

1.2.2.1 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA ĐẤT, ĐÁ DĂM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 22TCN 332- 06 24

1.2.2.2 QUY TRÌNH ĐẦM NÉN ĐÁT, ĐÁ DĂM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 22TCN 333- 06: 24

1.2.2.3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ NỀN ĐƯỜNG VÀ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM CỦA ĐƯỜNG ÔTÔ BẰNG THIẾT BỊ ĐO ĐỘNG (FWD) 22TCN 335 - 06 25

I.3 YÊU CẦU VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ 26

1.3.1 CÁC YÊU CẦU VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG 26

1.3.1.1 NỀN ĐÀO: 26

1.3.1.2 NỀN ĐẮP 27

I-4- CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG 31

1-4-1- NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG: 31

1-4-2- TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TA LUY NỀN ĐƯỜNG: 32

1-4-2-1-PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG GIỚI HẠN: 32

1-4-2-2- PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG: 38

CHƯƠNG II 40

PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT TRONG NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ 40

VÀ NHỮNG VẪN ĐỀ ĐẶT RA 40

I-NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 40

II- CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỦA NỀN ĐẤT 40

1.1 MÔ HÌNH HOÁ VẬT LIỆU 40

2-PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT 44

3 PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY NÊN TRONG NỀN ĐỒNG NHẤT 46

3.1 TÁC DỤNG CỦA LỰC TẬP TRUNG 46

3-2- BÀI TOÁN ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY NÊN 50

3-2-1.TÁC DỤNG CỦA LỰC TẬP TRUNG 50

3-2-2.PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG TRƯỜNG HỢP BÀI TOÁN KHÔNG GIAN VỚI TẢI TRỌNG PHÂN BỐ ĐỀU TRÊN TIẾT DIỆN HÌNH TRÒN (VỆT BÁNH XE TƯƠNG ĐƯƠNG) 50

CHƯƠNG III 51

PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHẦN MỀM ABAQUS 51

ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT CỦA NỀN ĐẤT 51

I- PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 51

1-1 LỊCH SỬ : 51

1-2 GIỚI THIỆU CHUNG: 52

II- ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PTHH 53

III- PHẦN MỀM ABAQUS - ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT CỦA NỀN ĐẤT 55

3-1-GIỚI THIỆU CHUNG 55

3-2 -CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHỦ YẾU CỦA ABAQUS 55

4-1- BÀI TOÁN PHẲNG 2D 59

4-2-BÀI TOÁN 3D 67

CHƯƠNG IV 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

I-KẾT LUẬN: 78

1-NHỮNG NỘI DUNG ĐÃ THỰC HIỆN TRONG ĐỀ TÀI 78

2- KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: 78

3-NHỮNG TỒN TẠI: 78

II- KIẾN NGHỊ: 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Độ ổn định của nền đường là đảm bảo trong suất quá trình hoạt động,trong nền đường không xuất hiện mặt trượt gây phá hoại nền đường

Để thoả mãn yêu cầu trên, người ta đã nghiên cứu và đưa ra các giải pháp

kỹ thuật để thiết kế cho nền đường có cường độ và độ ổn định theo yêu cầu trên

Việc tính toán này dựa trên một số giả thuyết gần đúng, hoặc đưa ra các điều kiện biên phù hợp như tính toán ổn định của nền đất dựa trên sự quy đổi tải trọng,tính với tải trọng xung kích bằng các hệ số, giả thuyết mặt trượt cung tròn theo vòng tròn Mor của Culông.Việc ứng dụng Busines của bài toán Busines về ứng suất trong nền đất,vv cũng phải dựa trên cơ sở giả thuyết gần đúng và các điều kiện biên

Với các giả thuyết đó,về cơ bản các vấn đề đặt ra với nền đường đã được kiểm soát Các kết quả nghiên cứu được khá phù hợp đáp ứng được một phần yêu cầu đặt ra khi thiết kế nền đường

Tuy nhiên,với sự hỗ trợ mạnh mẽ và ngày càng hiệu quả của máy tính ,người ta đang cố gắng giải quyết tốt nhất, đặt mục tiêu gần với thực tế nhất sự làm việc của nền đường

Phương pháp phần tử hữu hạn với sự trợ giúp của phần mềm ABAQUS

có thể giải bài toán tìm ứng suất trong nền đất cho bài toán phẳng 2D và bài toán không gian 3D.Đây được coi là một bước tiến vượt bậc của công cụ tính

Phần mềm ABAQUS là phần mềm có tính năng cao, là phương tiện chủ yếu của Mỹ hiện nay để giải các bài toán nghiên cứu ứng suất trong tấm, nền và khung Việc sử dụng phần mềm này để giải các bài toán về không gian, tìm ứng suất biến dạng trong nền mặt đường đã đưa lại hiệu quả to lớn Từ những kết

quả tìm được sẽ tạo điều kiện và mở ra những hướng nghiên cứu rộng hơn, sâu hơn

Với đặc điểm khi giải bài toán phần tử hữu hạn dựa trên chương trình ABAQUS,chúng ta hoàn toàn có thể theo dõi, kiểm soát ứng suất trong nền đường đắp ở tất cả các điểm trong phạm vi rất rộng

Từ các số liệu đó,chúng ta có thể nghiên cứu được sự phân bố ứng suất trong nền đường,nghiên cứu sự biến dạng nền đất trong các điều kiện khác nhau

Một vấn đề cũng được giải quyết là vấn đề tải trọng tác dụng Với bài toán thông thường, khi nghiên cứu về tải trọng động, chúng ta thường giả thuyết

là tác dụng của tải trọng tĩnh và nhân thêm các hệ số xung kích để giải các bài toán thực tế.Trong thực tế,việc giả thuyết như trên chỉ mang tính gần đúng.Bài toán của trương trình ABAQUS sẽ phân tích ảnh hưởng của tải trọng động gần với thực tế hơn bằng cách giải bài toán động dựa trên sự phân tích về lực,về biến dạng bằng quan điểm hiện đại phù hợp hơn

Vấn đề sẽ trở nên càn thiết hơn khi nền đường đắp cao, khi mà độ ổn định của nền đường nguy hiểm hơn Trong trường hợp này, trạng thái ứng suất và biến dạng của nền đường cũng sẽ xuất hiện ở mức độ cao hơn

Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài cho luận án tốt nghiệp với vấn đề :

"Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng trong nền đường ô tô dưới tác dụng của tải trọng bằng phần mềm ABAQUS" Đề tài nhằm đi sâu ,

nghiên cứu về nền đường đắp cao mở rộng sự hiểu biết về trạng thái làm việc của mặt dưới tác dụng của tải trọng phục vụ cho công tác thiết kế sau này

Nội dung nghiên cứu

1-Nghiên cứu những vấn đề về nền đường dưới tác dụng của tải trọng đặc biệt là

sự làm việc của nền đường đắp cao dưới tác dụng của tải trọng

2-Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng của nền đường đắp bằng lý thuyết 3-Nghiên cứu khai thác phần mềm ABAQUS tính toán nền đường đắp

3-Nghiên cứu trạng thái ứng suất,biến dạng của nền đường bằng phương pháp phần tử hữu hạn qua phần mềm ABAQUS

Phần nghiên cứu này, luận án sẽ tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

+Nghiên cứu "trường" ứng suất của tải trọng tác dụng nên nền đường qua mặt đường

+Nghiên cứu ứng suất trên mặt, sự giảm dần ứng suất theo chiều sâu

CHƯƠNG I CÔNG TRÌNH NỀN ĐƯỜNG VÀ CÁC YÊU CẦUVỀ KỸ THUẬT -

THI CÔNG I-1-NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ NỀN ĐƯỜNG

1.1.1 Khái niệm chung:

Nền đường là công trình xây dựng bằng đất, đá nhằm khắc phục địa hình thiên nhiên tạo nên tuyến đường như thiết kế trong bình đồ, trắc dọc, trắc ngang, tạo điều kiện cho xe chạy an toàn và êm thuận và kinh tế

Làm cơ sở cho áo đường: Lớp phía trên của nền đường cùng với áo đường chịu đựng tác dụng của xe do đó có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và tình trạng khai thác của cả kết cấu áo đường

Nền đường và mặt đường tạo nên kết cấu thống nhất chịu tác dụng của tải trọng xe cũng như điều kiện khí hậu, thời tiết và các tác động khác của con người

Nền đường chịu trực tiếp tác dụng của tải trọng bánh xe truyền qua mặt đường xuống nền đường (hình 1 và 2) Ngoài ra nền đường còn chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ thuỷ nhiệt (nước các loại, gió, nắng ) chính vì vậy để đảm bảo nền đường khai thác tốt trong quá trình sử dụng cần các tiêu chuẩn kỹ thuật

và các yêu cầu nhất định về câu tạo và điều kiện sử dụng

1.1.2 Các dạng mặt cắt ngang nền

đường:

A-Dạng thông thường (như các hình dưới )

B-Dạng đặc biệt

Theo các tài liệu về thiết kế nền mặt đường, tuỳ thuộc tình hình đào đắp

có thể chia nền đường thành 3 loại chính:

- Nền đường đắp: là nền đường đắp đất mà mặt đỉnh nền đường cao hơn mặt đất nguyên thuỷ

- Nền đường đào: Từ mặt đất nguyên thuỷ phải đào bớt để xây dựng nền đường Nền đào gồm có các dạng sau: đào hoàn toàn, đào chữ L và đào dạng nửa hầm

- Nền đường nửa đào nửa đắp: Là nền đường trên mặt cắt ngang vừa có đào, vừa có đắp Loại này thường gặp ở vùng có sườn núi tương đối dốc

+ Các loại mặt cắt ngang nền đường:

a Nền đường đắp có rãnh dọc hình tam giác.

b Nền đường đắp thấp có rãnh dọc hình thang.

c Nền đường đắp lấy đất thùng đấu.

d Nền đường đắp lấy đất thùng đấu có bậc thềm.

e Nền đường đắp thông thường.

f, Nền đường đắp cao có bậc

g, Nền đường đắp cao có độ dốc mái thay đổi

+ Độ dốc của mái taluy:

- Thông thường đắp bằng đất: 1:1,5

- Khi chiều cao nền đắp quá chiều cao quy định thì phần ta luy bên dưới dùng độ dốc 1:1,75

- Khi chiều cao quá 12m thì phải thiết kế cá biệt

- Đắp cao cần kiểm toán ổn định tính độ dốc mái: quyết định chiều rộng của bậc b, tuỳ theo chiều cao h và vật liệu đắp

 Đắp cát đắp thoải: 1:1,5; 1:1,25

Có biện pháp gia cố mái đường chống xói khi mưa

 Đắp bằng đá: Trường hợp nền đường đắp bằng đá thì tuỳ theo cớ đá

và cách thi công mà quyết định độ dốc ta luy

Ưu điểm là có thể đắp được với độ dốc lớn tuỳ theo kích cỡ đá và chiều cao taluy độ dốc có thể đạt được: 1:0,75; 1:1; có thể thay việc xây tường chắn bằng việc đắp đá

Khi bỏ đá để phòng hộ ta luy thì phải đảm bảo độ dốc ta luy phần đá là:

+) 1:1 khi nước sâu không quá 2m

+) 1:1,5 khi nước sâu (2 – 6)m

+) 1:2 khi nước sâu trên 6m

- Trước khi đắp, nền đường có độ dốc 20% thì ta phải thực hiện đánh cấp

* Nền đường đào:

+ Đường ở vùng núi người ta sử dụng nền đường đào là phổ biến

- Nửa đào nửa đắp

- Đào hoàn toàn chữ L

- Đào hoàn toàn chữ U

a, Nền đường nửa đào nửa đắp

b, Nền đường đào hoàn toàn chữ U

c, Nền đường đào hoàn toàn chữ L

+ Độ dốc mái taluy nền đường đào:

- Đào qua đất, áp dụng taluy 1:1

- Đào qua nền đường đá: tuỳ theo loại đá và mức độ phong hoá, tuỳ theo chiều cao mái taluy H  quyết định độ dốc: 1:0; 1:0,25; 1:0,5; 1:0,75

- Khi chiều cao H lớn  có thể thay đổi độ dốc, làm bậc

* Nền đường kết hợp với tường chắn đất

+ Đường ở miền núi có được độ dốc địa hình tự nhiên lớn, trừ trường hợp độ dốc mái taluy không ổn định người ta phải xây nền đường kết hợp tường chắn

Nền đường qua thành phố để giảm diện tích chiếm đất người ta kết hợp nền đường với tường chắn

+ Các dạng nền đường kết hợp với tường chắn

Các vấn đề liên quan tới sự ổn định của nền đường đắp là những điều cần được quan tâm trước tiên Do thiếu sót của công tác khảo sát, thiết kế hoặc thi công mà nền đường đắp thường bị hư hỏng vì mất ổn định trong và sau khi xây dựng công trình Việc xử lý hậu quả do những hư hỏng vì nền đắp mất ổn định thường rất phức tạp và tốn kém

Thường gặp các vấn đề liên quan đến lún ( với các mức độ khác nhau) cho tất cả các nền đắp xây dựng trên đất yếu, do ứng suất của nền đắp tác dụng len đất yếu đủ để gây ra các biến dạng lớn

Trong xây dựng cầu đường cần đặc biệt chú ý đến độ lún, vì đây là nguyên nhân làm cho nhiều công trình cầu đường bị hư hởng phải sử lý rất tốn kém hoặc nhiều khi không xử lý được

Việc xử lý nối tiếp giữa nền đắp và công trình cũng là một trong những vấn đề khó giải quyết

1.1.3.1 Các thông số về hình học:

- Chiều cao taluy đắp H : là chiều cao tính từ cao độ vai đường đến chân ta luy đắp

- Chiều cao tự nhiên tại vị trí thiết kế nền đường đắp

- Độ dốc mái đường đắp (còn gọi là độ dốc ta luy đắp) tuỳ thuộc vào chiều cao, địa hình tự nhiên mà ta luy có thể có độ dốc đều hoặc nhiều độ dốc

- Độ dốc ngang : là độ dốc ngang của vị trí tự nhiên tại vị trí thiết kế nền đường đắp

Các thông số hình học của nền đường đào thường được xác định theo các quy trình, tiêu chuẩn thiết kế căn cứ vào độ dốc tự nhiên tại vị trí đắp, chiều cao đắp Thực tế trên nhiều đoạn đường đắp thường xẩy ra hiện tượng lún, sụt, trượt trồi, trượt sâu mà trong giai đoạn khai thác mới phát hiện ra, vì vậy việc xử lý rất phức tạp và tốn kém

1.1.3.2 Các đặc điểm về địa hình:

Tuỳ thuộc vào loại địa hình của vùng tuyến đi qua Căn cứ vào các quy trình thiết kế đường ô tô hiện hành, địa hình tuyến đi qua có thể phân chia thành các loại sau:

-Vùng đồng bằng : Địa hình bằng phẳng, số lượng đồi núi rất ít Loại nền đường chủ yếu là nền đường đắp, đặc trưng là đắp thấp, ít có nền đường đắp cao Loại hình nền đường đắp cao chỉ gặp ở khu vực đường đầu cầu, nơi tiếp giáp giữa cầu Vùng núi : Địa hình khó khăn nên tuyến đường có nhiều đèo, dốc Nền đường chủ yếu thuộc loại nền đường đào, hoặc nửa đào nửa đắp Tuy nhiên khi khu vực tuyến đi qua thung lũng, vượt địa hình cắt mom xen kẽ khe suối thì cũng gặp dạng nền đường đắp

-Vùng đồi (trung du): Thực chất thì vùng đồi là vùng chuyển tiếp giữa đồng bằng và vùng núi do đó nó mang đặc trưng của cả hai vùng trên nghĩa là có tất

cả các dạng nền đường

1.1.3.3 Các đặc điểm về đất :

Các tính chất vật lý của đất

a/Sự hình thành và kết cấu của đất:

Các nham thạch của lớp vỏ trái đất được tạo thành trong những quá trình khác nhau được phân chia thành ba nhóm chính: Mác ma, trầm tích và biến chất Trong xây dựng thường tiếp xúc với các loại nham thạch trầm tích trẻ nhất của

kỷ thứ tư, trong đó có các loại đất dính(sét, á sét, á cát), cát sỏi và cuội Các sản phẩm phong hoá được giữ nguyên tại chỗ gọi là tàn tích, các sản phẩm được đổi chỗ từ gò đống cao đến ven sườn của chúng gọi là sườn tích Địa tầng trong các lưu vực sông biển gọi là bồi tích

b/Các thành phần của đất:

Đất được xem là hợp thể phân tán phức tạp, tính chất xây dựng của đất phụ thuộc vào số lượng và tính chất cuả các pha hợp thành cũng như vào kết cấu và cáu tạo của đất Trên cơ sở có hoặc không có hai hoặc ba pha: Pha rắn (các hạt khoáng), pha lỏng( nước ở các dạng khác nhau), pha khí(có thể có hoặc không có)

c/Các đặc trưng tính chất vật lý của đất:

- Trọng lượng thể tích các hạt rắn(trọng lượng riêng, tỷ trọng hạt) của đất(s) là

tỷ số giữa trọng lượng một đơn vị thể tích hạt và trọng lượng của đơn vị thể tích nước và được biểu thị bằng đại lượng không thứ nguyên:

s



=

s s

w s

V W

W W





Trong đó:

Ww - Trọng lượng của nước chứa lỗ rỗng;

s V V

- Độ bão hoà nước của đất (SR):

Sr =

v

w V

V

hoặc ,

0

w w

a/Tính thấm nước của đất:

Việc nghiên cứu tính thấm nước cuả đất có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn xây dựng

Khi dòng nước chuyển động trong đất, xuất hiện áp lực thuỷ động, gây hiện tượng xói ngầm và đùn đất dưới công trình Nếu dòng thấm thoát khỏi máI đất,

có khả năng gây sụt lở mái dốc Qúa trình lún của công trình xây dựng trên nền đất dính hoàn thành nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào tính thấm của đất nền

b/Tính biến dạng của đất:

Tính chất thay đổi hình thức cấu tạo và thể tích của đất dưới tác dụng của tảI trọng được gọi là tính biến dạng Do đặc điểm về kết cấu và liên kết khác nhau nên tính biến dạng của đất rời và đất dính có những đặc điểm không giống nhau 4/Các đặc điểm về khí hậu thuỷ văn:

- Về khí hậu:

+ Yếu tố chủ yếu cần quan tâm là lượng mưa với các vấn đề cần quan tâm

là lượng mưa năm lớn nhất, lượng mưa ngày lớn nhất, số ngày mưa liên tục nhiều nhất về mùa lũ

Nước mưa ngấm xuống đến đâu thì đất đá bị pha huỷ đến đó vì nước là chất tham gia phản ứng hoá học mạnh Nồng độ hydro ở trong nước càng cao thì tác dụng của nước càng mạnh đối đất đá và các khoáng vật tạo đất đá

Nồng độ hydro trong nước ngầm ở vùng nhiệt đới như ở nước ta cao hơn rất nhiều so với ở các miền vĩ tuyến trung bình Ngoài ra với khả năng hoà tan và gây ra các phản ứng hoá và thuỷ ngân, nước càng tỏ ra có vai trò hoá học tích cực trong quá trình phong hoá đất đai

+Yếu tố cần quan tâm nữa là nhiệt độ và biện độ dao động nhiệt trong ngày Nhiệt độ cao, dao động nhiệt lớn gây nên hiện tượng nở nhiệt trong ngày Nhiệt độ cao, dao động nhiệt lớn gây nên hiện tượng nở nhiệt không đều theo thể tích, làm ép nén các hợp phần vật chất tạo đất đá Kết quả là phát sinh một trường ứng suất mới bên trong cấu trúc của đất đá làm tách vỡ chúng theo các khe nứt, tạo điều kiện cho nước mưa và các tác nhân phong hoá khác xâm nhập sâu vào đất Đây chính là một trong những dạng phong hoá vật lý

+Tác động đồng thời của mưa và nhiệt độ tạo ra môi trường nhiệt ẩm cao làm thúc đẩy sự phân huỷ các tàn tích hữu cơ làm sản sinh ra một lượng khổng

lồ khí CO2 ,tương ứng với nó là axit cacbonic H2CO3và các a xit humic Những sản phẩm này tham gia tích cực trong các phản ứng hoá học và làm tăng thêm mức độ huỷ hoại của đất

1.1.4 Hư hỏng nền đường và nguyên nhân:

Sự phá hoại của thiên nhiên như mưa, tích nước 2 bên nền đường làm giảm cường độ của đất cả ở ta luy nền đường và bên trong nền đường phần xe chạy; hiện tượng nứơc mưa hoặc nước chảy xói lở bề mặt và ta luy gây mất ổn định toàn khối và ngầm vào nền đất gây mất ổn định cường độ

Điều kiện địa chất và thuỷ văn tại chỗ không tốt về cấu tạo tầng lớp , về mức độ phong hoá, đặc biệt là sự phá hoại của nước ngầm( nước ngầm lôi theo đất gây hiện tượng xói ngầm hoặc chảy xói lở bề mặt và taluy, gây mất ổn định toàn khối và ngấm vào nền đất gây mất ổn định cường độ

Tác dụng của tải trọng xe chạy (bao gồm cả chấn động do xe chạy gây ra)

HỌC VIÊN: VŨ PHƯỢNG KHANH Trang 17

Tác dụng của tải trọng bản thân nền đường như trường hợp mất ổn định ta luy có độ dốc mái quá lớn hoặc trường hợp nền đắp trên đất yếu có tải trọng nền vượt quá sức chịu đựng của đất yếu phía dưới

Thi công không đảm bảo chất lưọng: Đắp không đúng quy tắc, lèn ép không đủ, dùng đất không đảm bảo yêu cầu để đắp, khiến cho đất ở vào trạng thái dễ thấm nước, cường độ và mực độ ổn định cường độ thấp

+ Đầm nén không đủ chặt (hoặc không đầm nến đất)

+ Chiều cao đất đắp quá thấp

+ Thoát nước không đảm bảo

- Các hiện tượng mất ổn định toàn khối chủ yếu là trượt lở mái taluy nền đào hoặc nền đắp, trượt trồi, lún sụt nền đắp trên đất yếu, trượt phần đất đắp trên sườn dốc:

a/Trượt mái taluy nền đường đắp:

b/ Trượt mái taluy nền đường đào

Nguyên nhân là do:

+Độ dốc quá lớn

+Đất đắp quá ướt

+Chân taluy bị xói mòn

Nguyên nhân là do:

+Độ dốc quá lớn

+Đất quá yếu

+Chân taluy bị xói mòn

c) Sụt lở mái taluy:

1.1.4.2 Các hiện tượng mất ổn định của nền đắp:

- Mất ổn định của nền đắp trên đất yếu: Các hiện tượng thường gặp là

+ Lún do biến dạng lớn của nền đất yếu dưới tác động của tải trọng nền đắp và công trình Khắc phục bằng các biện pháp tăng nhanh độ cố kết của đất yếu như đệm cát, cọc cát, bấc thấm, gia tải

+ Trượt trồi của nền đất yếu do bị phá hoại dưới tác động của tải trọng nền đắp và hoạt tải Có nhiều biện pháp để khắc phục như : Đắp bệ phản áp, giảm trọng lượng nền đắp, dùng đất có cốt

- Mất ổn định của nền đắp trên sườn dốc:

Thường gặp hiện tượng nền đắp bị trượt ngang dưới tác dụng của trọng lượng bản thân do nền đắp trên sườn tự nhiên quá dốc Biện pháp thường dùng

để chống trượt là đánh cấp sườn dốc trước khi đắp hoặc dùng tường chắn ta luy

âm tuỳ theo độ dốc của sườn núi tự nhiên

e/ Trượt trồi nền đường đắp trên nền đất yếu

Nguyên nhân là do:

+Phong hóa

+Động đất

Nguyên nhân là do:

+Nền đắp quá cao

+Đất nền tự nhiên quá yếu

Nguyên nhân là do:

+Nền đắp quá cao

+Đất nền tự nhiên quá yếu

b/ Trượt trên sườn dốc

I.2 NHỮNG TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NỀN ĐƯỜNG 1.2.1 các chỉ tiêu kỹ thuật của nền đường

+ Các yêu cầu chung đối với nền đường

* Nền đường phải ổn định

Nền đường là bộ phận chủ yếu của công trình đường Nhiệm vụ của nó là đảm bảo cường độ và độ ổn định của áo đường Nó là nền tảng của áo đường; cường độ, tuổi thọ và chất lượng sử dụng của áo đường phụ thuộc rất lớn vào cường độ và độ ổn định của nền đường

Nền đường xây dựng trên mặt đất, tất yếu phải cải biến trạng thái vốn có của các lớp đất nguyên thổ Do ảnh hưởng của các nhân tố bất lợi (địa chất, thuỷ văn, khí hậu, tải trọng xe) nền đường có thể phát sinh sụt, trượt mái dốc, xuất hiện lún và trượt của nền đường gây gián đoạn giao thông hoặc tai nạn do chạy

xe

Để xe chạy thuận lợi và an toàn trên đường phải xác định chuẩn xác hình dạng và kích thước, mặt cắt ngang của nền đường, phải có biện pháp thoát nước, phòng hộ và gia cố cần thiết để đảm bảo kết cấu chỉnh thể của nền đường (bao gồm các lớp đất xung quanh) có độ ổn định đầy đủ

* Nền đường phải vững chắc

Nền đuờng phải đảm bảo có đủ cường độ nhất định: Tức là đủ độ bền khi chịu cắt trượt và không bị biến dạng quá nhiều( hay không được tích luỹ biến dạng) dưới tác dụng của áp lực bánh xe chạy qua; nếu không bảo đảm yêu cầu này thì kết cấu áo đường sẽ bị phá hoại

Phần nền đường trong phạm vi chiều sâu tác dụng tải trọng gọi là khu vực công tác của nền đường Bộ phận này là lớp đất dày khoảng 1,5m – 2m nằm trực

Nguyên nhân là do:

+Đất đắp nền bị ướt

+Không đánh bậc cấp

tiếp dưới kết cấu mặt đường còn gọi là nền đất Nếu nền đất quá ẩm, mềm và điều kiện thuỷ nhiệt xấu thì dưới tác dụng của bánh xe có thể sinh ra biến dạng lún quá lớn, thậm chí dẫn tới hiện tượng sình lầy làm cho mặt đường bị hư hỏng quá sớm, do nền móng lún không đều

Để đảm bảo tính năng sử dụng cho mặt đường, giảm nhẹ nhiệm vụ của mặt đường, hạ giá thành công trình thì nền đường phải đủ năng lực chịu tải và

ổn định với nước

Chính vì vậy lớp trên nền đường tốt nhất phải được đắp bằng đất tốt, phải được đầm nén cẩn thận, khi cần thiết phải có lớp cách ly hoặc có các biện pháp

xử lý khác

*Nền đường phải đảm bảo ổn định về cường độ:

Nghĩa là cường độ nền đường không được thay đổi theo thời gian, theo khí hậu, thời tiết một cách bất lợi Ta biết rằng khi trạng thái về độ ẩm và độ chặt của đất thay đổi thì cường độ của nó cũng thay đổi theo, nếu để nước thấm vào đất nền đường càng nhiều, độ ẩm của đất càng cao thì cường độ của nó cũng thay đổi theo Do đó yêu cầu này chính là yêu cầu ổn định nước của đất nền đường

Các đặc trưng cho cường độ nền đường ( lực dính C, góc ma sát ) và đặc trưng biến dạng (mô đuyn đàn hồi E) của nền đường phụ thuộc vào loại đất, điều kiện chịu tải ( tĩnh hoặc động) cũng như độ chặt và độ ẩm của đất

1.2.1.1 Độ võng

Độ võng là một chỉ tiêu tổng quát về sức mang của đất, hoặc của mặt đường, đây là biến dạng theo chiều thẳng đứng mà một điểm trên mặt đất hoặc mặt đường phải chịu khi có một trục xe chạy qua Thường thì đo giữa hai bánh

xe của một trục kép mang một tải trọng nhất định ( P = 6,5T-13T- 10T)

Độ võng đơn vị là 1/100mm

Có thể phân biệt 3 loại:

- Độ võng tổng cộng: là độ võng tối đa đoạt được trong khi tải trọng tác dụng

- Độ võng tàn dư hoặc độ võng dẻo (độ võng còn dư): là độ lún vĩnh cửu, tồn tại lại sau khi đã cắt tải

- Độ võng đàn hồi: là hiệu số của hai độ võng trên

Về mặt lý thuyết quan hệ giữa tải trọng thẳng đứng và độ võng đàn hồi của mặt bán không gian đàn hồi đồng nhất, vô hạn có một mặt nằm ngang:

Trong đó: E, là mô đun đàn hồi và hệ số Poát xông của vật liệu bán không gian vô hạn

1.2.1.2 Moduyn đàn hồi của nền đường

Để xét tới tác dụng của tải trọng bánh xe lên đỉnh nền đường thường dùng moduyn đàn hồi đo được bằng phương pháp nén tấm ép tròn trên nền đường -Biến dạng đàn hồi được hiểu theo nghĩa có thể khôi phục được, cũng phản ánh tính chất đàn hồi của khối đất Do vậy nền đường thường được xem là bán không gian đàn hồi vô hạn đồng nhất

- Thông qua thí nghiệm tấm ép ta có thể vẽ được đường cong quan hệ giữa tải trọng ở đỉnh nền đường (áp lực đơn vị), và biến dạng đàn hồi (độ võng), tính được moduyn đàn hồi đại diện cho cả nền đường (từ trên xuống)

- Khi thí nghiệm thường dùng tấm ép bằng kim loại, dùng phương pháp gia tải,

dỡ tải dần từng cấp để đo trị số biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của các cấp tải trọng và vẽ đường cong tương quan giữa tải trọng và biến dạng đàn hồi (hình vẽ)

- Khi thiết kế mặt đ-ờng mềm th-ờng lấy trị số độ võng 1 mm để xác định trị số moduyn đàn hồi Còn khi thiết kế mặt đ-ờng cứng do trị số áp lực ở đỉnh nền

đ-ờng (lớp móng) và độ võng đều nhỏ hơn mặt đ-ờng mềm, do vậy trị số moduyn đàn hồi phải lớn hơn một ít

- Đ-ờng kính tấm ép lớn hay nhỏ cũng ảnh h-ởng đối với kết quả xác định đ-ợc

- Moduyn đàn hồi của của nền đất Eo hoặc moduyn đàn hồi t-ơng đ-ơng (tổng hợp) của nền móng Et quy định lấy biến dạng đàn hồi không quá 1mm, dùng ph-ơng pháp quy nạp tuyến tính để tiến hành tính toán:

i

i

l

p D

E: moduyn đàn hồi (Eo hoặc Et)

D: Đ-ờng kính tấm ép, quy định dùng 60cm (30cm)

 : Hệ số poisson, với đất nền lấy =0,35 các lớp móng =0,3;

Pi : áp lực đơn vị tải trọng các cấp tr-ớc khi biến dạng 1mm

Li : Biến dạng đàn hồi t-ơng ứng với pi (cm)

Trị số moduyn phản ứng nền k cũng đ-ợc xác định bằng thí nghiệm tấm

ép, thông qua đ-ờng kính cong tải trọng - tổng biến dạng đo đ-ợc theo ph-ơng pháp gia tải từng cấp có thể biết đ-ợc trị số k thay đổi theo áp lực hoặc độ lún cần lấy

Trị số l với việc xét đến áp lực d-ới tấm bê tông có thể lấy l=1,27 hoặc p=0,07 Mpa khi nền đất t-ơng đối chắc

1.2.1.4 Hệ số CBR

- CBR là một chỉ tiêu xác định năng lực chịu tải của đất nền đ-ờng và của vật liệu mặt đ-ờng đề ra ở bang Caliphonia (Mỹ) dùng để biểu thị khả năng chống lại biến dạng dỡ tải trong nén cục bộ và biểu thị bằng trị số t-ơng đối so với năng lực chịu tải của khối đá dăm tiêu chuẩn

- Thí nghiệnm CBR đ-ợc tiến hành trong một cối đ-ờng kính trong 152,4mm cao 177,3mm Dùng pittông nén lún đ-ờng kính 4,95cm tốc

độ nén lún 1,24mm/phút và đo đ-ợc trị số tải trọng ứng với các độ sâu lún khác nhau dựa vào công thức d-ới đây để tính CBR

1

x p

p

Trong đó:

P: áp lực đơn vị ứng với một l-ợng lún nào đó trong vật liệu thí nghiệm

P1 : áp lực đơn vị ứng với l-ợng lún nh- vậy trong đá dăm tiêu chuẩn Thông th-ờng khi tính toán trị số CBR lấy với độ lún là 1/10 inh = 2,54mm hoặc 5,087mm nếu t-ơng ứng CBR với l-ợng lún trên nhỏ hơn l-ợng lún d-ới

Chú ý rằng giữa k và CBR hoặc CBR và moduyn đàn hồi có thể lập đ-ờng cong quan hệ với nhau và lợi dụng tài liệu thí nghiệm CBR để tính đổi thành trị

số k hoặc moduyn đàn hồi

1.2.1.5 Tiêu chuẩn đầm nén

- Nền đ-ờng sau khi đầm nén đảm bảo tiêu chuẩn sẽ chặt khít lại, giảm nhỏ tính ép lún, tính thấm n-ớc và thay đổi thể tích, tăng c-ờng độ tăng năng lực chống biến dạng và độ ổn định đối với n-ớc, khắc phục đ-ợc việc sinh ra biến dạng lún chặt d-ới tác dụng của trọng l-ợng bản thân, tác dụng lặp lại của xe chạy, khống chế đ-ợc việc tích tụ ẩm dẫn đến hiện t-ợng đông ch-ớng và lầy lội, tránh đ-ợc các h- hỏng lún sụt do n-ớc gây ra

- Tỷ số của độ chặt sau khi đầm nén trên độ chặt lớn nhất tìm đ-ợc bằng thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (thí nghiệm Proctor) để biểu thị mức độ nén chặt gọi

là độ nén chặt làm chỉ tiêu yêu cầu phải nén chặt

- Hiện nay đang quy định:

+ Với đ-ờng C3 và C4 cho phép độ chặt lớn nhất xác định bằng thí nghiệm Proctor th-ờng

+ Với đ-ờng ôtô cao tốc và đ-ờng ôtô C1 thì độ chặt của nền đ-ờng đắp trong phần trên nền đ-ờng (0-80)cm và nền đào từ (0-30)cm phải >95%

+ Với các khu vực khô hạn và ẩm -ớt đặc biệt, các trị số độ chặt cho trong bảng có thể giảm xuống 2-3%

1.2.1.6 Độ chặt của đất nền đ-ờng:

- Trong xây dựng đ-ờng chờ đợi quá trình nén chặt tự nhiên của đất nền đ-ờng

là không hợp lý Để đảm bảo độ bằng phẳng của mặt đ-ờng, không cho phép nền

đ-ờng biến dạng trong quá trình khai thác đ-ờng, khi đắp nèn đ-ờng đất phải

đ-ợc nén chặt Đất càng nén chặt nhất là nén chặt với độ ẩm tốt nhất thì c-ờng

độ và độ ỏn định n-ớc càng cao

- Độ nén chặt của đất th-ờng biểu thị bằng dung trong khô của nó Độ nén chặt cần thiết để đảm bảo nền đ-ờng không tiếp tục biến dạng sau khi thi công là phụ thuộc vào ứng suất trong đất trong quá trình khai thác Ứng suất ấy bao gồm ứng suất do trong lượng bản thõn nền đường, ỏo đường và ứng suất do tải trọng xe

cộ

1.2.2 Cỏc tiờu chuẩn kỹ thuật của nền đường:

Hiện nay cú cỏc quy trỡnh để xỏc định cường độ nền đường đú là:

1.2.2.1 Quy trỡnh thớ nghiệm xỏc định chỉ số CBR của đất, đỏ dăm trong

phũng thớ nghiệm 22TCN 332- 06:

- Quy trỡnh này quy định trỡnh tự thớ nghiệm để xỏc định chỉ số CBR của vật liệu sử dụng làm nền, múng đường( đất, đất gia cố, cấp phối đỏ dăm, cấp phối tự nhiờn) trong phũng thớ nghiệm trờn mẫu vật liệu đó được chế bị

- Gớa trị CBR được xỏc định theo quy trỡnh này là cơ sở đỏnh giỏ chất lượng vật liệu sử dụng làm nền, múng đường; ngoài ra cũn được sử dụng để đỏnh giỏ cường độ kết cấu ỏo đường ụ tụ và đường sõn bay trong một sú phương phỏp thiết kế cú sử dụng thụng số cường độ theo CBR

- Việc thớ nghiệm xỏc định CBR của vật liệu được tiến hành trờn tổ mẫu(3 mẫu)

đó được đầm nộn ở độ ẩm tốt nhỏt tương ứng với phương phỏp đầm nộn quy định Chỉ số CBR của vật liệu thớ nghiệm được xỏc định tương ứng với độ chặt đầm nộn K quy định

1.2.2.2 Quy trỡnh đầm nộn đỏt, đỏ dăm trong phũng thớ nghiệm 22TCN 333- 06:

- Quy trỡnh này quy định trỡnh tự thớ nghiệm đầm nộn mẫu vật liệu (đất, đất gia

cố, cấp phối đỏ dăm, cấp phối thiờn nhiờn) trong phũng thớ nghiệm nhằm xỏc định giỏ trị độ ẩm đầm nộn tốt nhất và khối lượng thể tớch khụ lớn nhất của vật liệu sử dụng làm nền, múng cụng trỡnh giao thụng

- Công tác đầm nén lớp vật liệu (đất, đá dăm cấp phối, cấp phối thiên nhiên) làm tăng độ chặt, dẫn đến tăng cường độ và độ ổn định của nền móng đường có ý nghĩa rất quan trọng trong xây dựng đường bộ

Hệ số đầm chặt

max

100K

- Mô đun đàn hồi của nền đường tại 1 vị trí đo: Trị số mô đun Mr của đất nền tại

vị trí đo võng bằng thiết bị FWD được tính ngược từ các kết quả đo võng theo công thức sau:

r d

P

ri

4.2

Mri là mô đun đàn hồi của đất nền tại vị trí thử nghiệm thứ i, MPa

n là số điểm đo trên mỗi đoạn đường đồng nhất hoặc trên cả đoạn đường thí nghiệm (trong trường hợp đo với mật độ rải đều )

- Mô đun đàn hồi hữu hiệu của nền đường ding trong thiết kế: Trong tính toán thiết kế , trị số mô đun đàn hồi hữu hiệu của đất nền được lấy bằng trị mô đun đàn hồi tính toán nhan với một hệ số hiệu chỉnh là C = 0,33

Mrtkế = 0,33 Mr

Trong đó:

Mrtkế là mô đun đàn hồi hữu hiệu của nền đường ding trong thiết kế, MPa

Mr là mô đun đàn hồi đặc trưng của nền đường trên mỗi đoạn đường đồng nhất hoặc trên cả đoạn đường thí nghiệm (trong trường hợp đo với mật độ rải đều), Mpa

I.3 YÊU CẦU VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ

1.3.1 các yêu cầu về công nghệ thi công nền đường

1.3.1.1 Nền đào:

Phương pháp thi công: Sử dụng máy đào, máy ủi kết hợp với ô tô vận chuyển Đất của nền đào tại các khu vực được chấp thuận sử dụng cho nền đắp sẽ được điều phối bằng máy ủi hoặc ô tô tự đổ vận chuyển đến các khu vực đắp nền: + Nếu cự ly đào đất nằm trong phạm vi  50m, Nhà thầu sử dụng tổ hợp máy

ủi điều phối dọc để chuyển sang đắp nền đường

+ Nếu cự ly đào đất nằm trong phạm vi < 300m, Nhà thầu sử dụng tổ hợp máy đào + máy ủi + ôtô để đào đất và điều phối dọc cho nền đắp

- Công tác lu lèn:

Sau khi hoàn thành đào nền đường, tiến hành xáo xới 30cm trên cùng đạt độ chặt K98 Tại các vị trí đất yếu Nhà thầu báo cáo TVGS và tiến hành đào thay đất bằng vật liệu thích hợp để có thể lu lèn K98

Lu lèn nền đường: Nhà thầu sử dụng 3 loại lu chính: Lu bánh thép, đầm lốp và

lu rung, trình tự lu như sau:

+ Lu giai đoạn đầu bằng lu bánh thép 6T - 8T

+ Lu giai đoạn sau bằng lu rung 14T - 25T và đầm lốp 16 - 20T

+ Lu hoàn thiện bằng lu bánh thép 8T - 10T

Lu tiến hành dọc theo vệt đắp, lu tiến dần từ vị trí thấp đến vị trí cao Khi lu, các vệt đầm phải chồng lên nhau: theo hướng song song với tim công trình đắp thì chiều rộng vệt đầm phải chồng lên nhau từ 25cm đến 50cm, theo hướng thẳng góc với tim công trình đắp thì chiều rộng đó phải từ 50cm đến 100cm, và phải đè lên 1/3 vệt đầm trước (đầm theo kiểu xỉa tiền) nếu đầm bằng thủ công

- Hoàn thiện bề mặt nền đường bằng máy kết hợp nhân lực

Kiểm tra cao độ, kích thước hình học đáy nền sau khi đào xúc xong

Tiến hành đào phá, đắp bù những vị trí nền chưa đảm bảo độ bằng phẳng và đầm lại đến độ chặt theo yêu cầu thiết kế

Sử dụng máy móc kết hợp với nhân công hoàn thiện mái taluy theo thiết kế Nghiệm thu các công việc đã thi công trước khi chuyển sang hạng mục thi công khác

Trong quá trình thi công phải luôn có cán bộ kỹ thuật hướng dẫn cụ thể máy móc, thiết bị, nhân lực thi công theo đúng cao độ trong hồ sơ thiết kế được

- Tại các vị trí trắc ngang nền đường mà độ dốc ngang tự nhiên i: 20% < i <40% phải tiến hành đánh cấp theo đúng thiết kế Nhà thầu sử dụng nhân lực kết hợp với máy thi công để hoàn thiện bậc cấp

- Mỗi cấp phải đủ rộng (tuỳ thuộc vào biện pháp thi công) để máy san và máy đầm hoạt động Mỗi bề ngang cấp sẽ bắt đầu từ giao điểm giữa mặt đất thiên nhiên và cạnh thẳng đứng của cấp trước Vật liệu đánh cấp sẽ được đắp bù bằng vật liệu đắp nền phù hợp, cùng loại và đầm chặt cùng với vật liệu mới của nền đắp

- Việc đánh cấp và đào rãnh thoát nước phải luôn được giữ cho mặt nền trước khi đắp khô ráo

*Vận chuyển, san vật liệu đắp

- Sau khi hoàn thành công tác chuẩn bị (chuẩn bị bề mặt, các thí nghiệm yêu cầu đối với đất đắp ) đúng theo hồ sơ thiết kế và được nghiệm thu bởi Kỹ sư Tư vấn, Nhà thầu sử dụng ô tô tự đổ để vận chuyển vật liệu đắp từ khu vực đào (hoặc từ mỏ đất) đến khu vực đắp nền đường và đổ thành các mô theo tính toán Tại các vị trí có thể điều phối dọc được, nhà thầu sẽ sử dụng máy ủi vào việc điều phối đất từ phần nền đào sang phần nền đắp, với cự ly năng suất nhất từ 100m -150m

- Sau khi đổ vật liệu đắp trên bề mặt đã hoàn thiện, Nhà thầu sẽ tiến hành san vật liệu đắp thành các lớp ngang: Sử dụng máy san để san vật liệu đắp thành từng lớp, chiều dầy không quá 25 cm cho 1 lớp sau khi đã đầm nén đạt yêu cầu Đội khảo sát sẽ cắm các cọc gỗ tại vai đường, tim đường trên mỗi một mặt cắt ngang

và khống chế cao trình bề mặt cho mỗi lớp san

- Trong quá trình san vật liệu, Nhà thầu sẽ tiến hành điều chỉnh độ ẩm theo độ

ẩm tối ưu của vật liệu (đã xác định trước), bằng cách cầy xới phơi khô hoặc tưới thêm nước bằng téc nước có vòi tạo mưa nhân tạo

- San, đắp vật liệu xung quanh các kết cấu sẽ được thực hiện bằng thủ công, chiều dầy không vượt quá 10 cm cho một lớp và tiến hành san đồng đều theo các phía của kết cấu, sử dụng đầm cóc để đàm đến độ chặt thiết kế

- Chỉ được thi công lớp vật liệu tiếp theo khi lớp vật liệu thi công trước đó đã đạt

về độ chặt khô theo đúng thiết kế

- Phải đảm bảo lớp đất cũ và lớp đất mới liên kết chắc với nhau, không có hiện tượng mặt nhẵn giữa hai lớp, đảm bảo sự liên tục và đồng nhất của khối đất đắp

- Nhà thầu sẽ chỉ dùng một loại đất đồng nhất để đắp cho một đoạn nền đắp, nếu thiếu đất mà phải dùng hai loại đất khác Nhà thầu sẽ trình Tư vấn giám sát xem xét

- Bất kỳ vật liệu rắn nào có kích cỡ quá qui định không thể vỡ ra được khi thiết

bị đầm đi qua đều phải hót đi hoặc dùng thiết bị có răng bừa hoặc các phương tiện khác đập vỡ ra Các hòn vật liệu đó là các hòn có kích thước vượt quá 2/3 chiều dày của lớp đất đã đầm chặt Cần phải phân bổ các hòn vật liệu đó đồng đều cùng với sự phân bố đồng đều vật liệu đắp để có thể đạt được độ chặt quy định khi đầm lèn

- Trong trường hợp có đất trượt sụt lở, lún của những lớp đất ra khỏi nền đắp, Nhà thầu sẽ hót hết đất sụt lở và lam lại đạt yêu cầu qui định Phân loại vật liệu sụt lở phải căn cứ vào điều kiện của đất ở thời gian hót bỏ đi, không căn cứ điều kiện trước kia của đất

- Mái taluy phải gọt sửa đúng như bản vẽ thiết kế hoặc theo yêu cầu của TVGS Sau khi hoàn thện mái taluy phải gọn ghẽ và đủ điều kiện để chấp thuận

- Để đảm bảo độ chặt của mái dốc nền đường đắp Nhà thầu sẽ rải rộng hơn đường biên thiết kế từ 20-30cm tính theo chiều thẳng đứng đối với mái dốc Phần đất tơi không đạt độ chặt yêu cầu được giữ nguyên ở những đoạn bảo vệ mái dốc bằng trồng cỏ, các đoạn khác được loại ra tận dụng để đắp công trình

- Nền đường đắp bằng đá, cần xếp đá thành dạng tường đá xếp khan, phía mặt ngoài taluy được chèn khe miêt mạch Tuỳ thuộc vào độ dốc mái taluy mà lựa chọn kích cỡ đá để đắp và phải xếp các viên đá lớn ở mặt ngoài, hòn vừa ở trong, dùng đá nhỏ để chèn, bề rộng đỉnh xếp tối thiểu 50cm Độ dốc mái taluy bên trong và bên ngoài khối đá xếp theo quy định trong bản vẽ thiết kế Đá được xếp thành từng lớp có chiều dày từ 20-40 cm để lu lèn Trước tiên lu bằng lu rung 8-12T với tần số 40-50Hz, biên độ giao động 1.2-1.7mm kết hợp phun nước để đá nhỏ chèn chặt các kẽ hở Sau khi lu ổn định (lu có hiện tượng trôi trượt) mới tiến hành lu lèn bằng lu tĩnh 12-15T, nếu sau 2 lần lu độ lún < 0.3cm

là đạt yêu cầu Các khe hở trên bề mặt taluy đều phải chêm chèn chặt lại bằng tay

*Lu lèn vật liệu:

- Các lớp nền đường phải được đầm nén tới một độ chặt đồng nhất > 95%, theo 22TCN 346-06 với độ ẩm được Tư vấn phê chuẩn là phù hợp với độ chặt tương ứng

- Lu lèn nền đường: Nhà thầu sử dụng 3 loại lu chính: Lu bánh thép, đầm lốpvà

lu rung, trình tự lu như sau:

+ Lu giai đoạn đầu bằng lu bánh thép 6T - 8T

+ Lu giai đoạn sau bằng lu rung 14T - 25T và đầm lốp 16 - 20T

+ Lu hoàn thiện bằng lu bánh thép 8T - 10T

- Lu tiến hành dọc theo vệt đắp, lu tiến dần từ vị trí thấp đến vị trí cao Khi lu, các vệt đầm nhau phải chồng lên nhau: theo hướng song song với tim công trình đắp thì chiều rộng vệt đầm phải chồng lên nhau từ 25cm đến 50cm, theo hướng thẳng góc với tim công trình đắp thì chiều rộng đó phải từ 50cm đến 100cm, và phải đè lên 1/3 vệt đầm trước (đầm theo kiểu xỉa tiền) nếu đầm bằng thủ công

- Trước khi thi công nền đắp, Nhà thầu sẽ trình Kỹ sư trình tự lu, số lượt lu yêu cầu và tốc độ lu theo các giai đoạn thông qua đoạn đầm thử nghiệm

- Trong thân khối đất đắp không cho phép có hiện tượng bùng nhùng Trong trường hợp ngược lại thì phải đào hết chỗ bùng nhùng này và đắp lại với chất lượng như trong thiết kế yêu cầu

- Đầm vật liệu đắp kết cấu: Nhà thầu sử dụng đầm cóc, điều chỉnh độ ẩm bằng thủ công Sẽ đảm bảo việc đầm vật liệu đắp kết cấu đạt độ chặt theo tiêu chuẩn

đạt yêu cầu của Kỹ sư tư vấn

+ Trong quá trình thi công nền đường phải giữ đúng hình dáng và luôn luôn

ở trong điều kiện thoát nước tốt Nếu Nhà thầu rải đất không phù hợp lên nền

đắp thì lớp đất ấy sẽ phải hót bỏ và làm lại cho phù hợp bằng kinh phí của nhà thầu

+ Mái ta luy phải gọt sửa đúng như bản vẽ thiết kế hoặc theo yêu cầu của Tư vấn giám sát Sau khi hoàn thiện mái ta luy phải gọn ghẽ và đủ điều kiện để chấp thuận

+ Nhà thầu áp dụng việc bảo vệ cho mặt nền đường khỏi bị hư hại bằng cách thi hành các biện pháp bảo vệ khi Tư vấn giám sát thấy cần thiết Bề mặt nền đường phải luôn luôn được giữ trong điều kiện dễ thoát nước Cao độ mặt nền đường phải được kiểm tra và chấp thuận cho chuyển giai đoạn trước khi vật liệu của các lớp móng mặt đường được rải lên trên

I-4- CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG 1-4-1- Những vấn đề chung trong tính toán ổn định nền đường:

Khi thiết kế nền đường trên sườn núi, khi ta luy đắp cao trên 12m, khi đắp trên nền đất yếu, lầy, hoặc khi gặp các hiện tượng địa chất phức tạp khác, cần tiến hành tính toán kiểm tra sự ổn định của nền đường : ổn định của mái ta luy,

ổn định chung của nền đắp không trượt trên nền thiên nhiên, ổn định của nền thiên nhiên, tính toán độ lún

Các chỉ tiêu cơ lý của đất trong tính toán phải xác định bằng thí nghiệm khi đất ở trạng thái bất lợi nhất về khả năng chịu tải

Hệ số ổn định thường biểu thị bằng tỷ số lực chống trượt so với lực gây trượt, hoặc tỷ số tải trọng giới hạn so với tải trọng thực tế

Tổ hợp tải trọng cơ bản gồm tải trọng cố định, tải trọng tạm thời tác dụng dài hạn và một tải trọng tác dụng nhắn hạn Trong tính toán ổn định nền đường tải trọng cơ bản là trọng lượng bản thân của đất Tải trọng do xe cộ là tải trọng phụ ngắn hạn, nó thường được xét đến bằng cách thay thế tất cả các xe cộ đặt sát chiều ngang phần xe chạy và lề đường bằng một lớp đất tương đương

Trong nhiều trường hợp, hệ số ổn định an toàn có thể xác định riêng cho từng tham số C và  :

Ct Từ, tgttế là các chỉ tiêu cường độ thực có của đất

CYC , tgyc là các chỉ tiêu cường độ cần có để đảm bảo ổn định

Hệ số ổn định (an toàn) tổng hợp K sẽ xác định từ điều kiện K = KC - K

1-4-2- Tính toán ổn định ta luy nền đường:

Để tính toán ổn định bờ dốc, người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, có thể phân làm 2 nhóm chính:

- Nhóm thứ nhất: Đánh giá sự ổn định dựa trên sự phân tích ở trạng thái cân

bằng giới hạn các lực tác dụng lên bờ dốc theo một mặt trượt nào đó

- Nhóm thứ hai : Dựa trên sự phân tích trạng thái ứng suất- biến dạng của khối

trượt

1-4-2-1-Phương pháp cân bằng giới hạn:

Trong phương pháp này, giả thiết rằng hiện tượng trượt sẽ xẩy ra theo một mặt trượt nhất định và trên đó sẽ tồn tại trạng thái cân bằng giới hạn

Các mặt trượt có thể là thẳng hay gãy khúc khi tính toán với các bờ dốc đất đá rời rạc hay với các bờ dốc trong đá phân lớp, nứt nẻ theo nhiều hệ thống khác nhau

Mặt trượt có dạng xoắn logarit có vẻ gần với thực tế hơn nhưng cũng chỉ được dùng trong trường hợp đất đá đồng nhất, đơn giản

Mặt trượt hình trụ tròn thường được dùng phổ biến hơn cả trong tính toán ổn định từ những quan sát thực tế; tại đỉnh bờ dốc, mặt trượt gần như thẳng đứng (do xuất hiện các khe nứt căng); càng xuống phía dưới, mặt trượt càng thoải và tại chân bờ dốc thì hầu như tiếp xúc với mặt nằm ngang

Trạng thái cân bằng giới hạn thường được biểu thị qua các phương trình cân bằng là tổng các lực theo phương ngang, phương đứng và tổng các mômen lực đối với một điểm đều bằng 0, nghĩa là:

 X = 0

 Y = 0

 Z = 0 Mặt khác , điều kiện cân bằng Coulomb - Navier cũng được sử dụng và khi ở trạng thái giới hạn, điều kiện cân bằng có thể viết:

/, c/ là góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất khi chịu tác dụng của nước

Phương pháp toàn khối:

Trong phương pháp này, người ta coi khối trượt là mọt khối đồng nhất và tuỳ theo trạng thái của đất mà có những cách tính khác nhau

Taluy đất dính đồng nhất có  = 0 (điều kiện không thoát nước)

W Fellenius (1927) đã nêu cách xác định như sau:

- Với các bờ dốc đất có  = 0, mặt trượt nguy hiểm nhất sẽ đi qua chân bờ dốc, tâm cung trượt này là giao điểm của hai đoạn thẳng hợp với phương mặt

nghiêng bờ dốc và phương nằm ngang trên đỉnh bờ dốc những góc 1 và 2, giá trị của những góc này phụ thuộc vào góc nghiêng của bờ dốc 

- Trong đất dính, khi bờ dốc đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn, trên mặt đỉnh

bờ dốc thường xuất hiện khe nứt thẳng đứng với chiều sâu có thể xác định bằng công thức:

mômen gây trượt phải kể đến mômen do lực thủy tĩnh PW có giá trị bằng 

cR W

- Lực dính trên mặt trượt sẽ được tính theo chiều dài cung trượt AED và cường

độ lực dính c

Hệ số ổn định bờ dốc nếu kể đến ảnh hưởng của động đất sẽ được tính:

n =

2 1

.

Wl k Wl

c R D E A s





= M h

Trọng lượng khối trượt W sẽ được tính bằng tích của trọng lượng thể tích  và diện tích mặt khối trượt ABC

Ngoài ra, để cân bằng, còn có một số lực khác tác dụng lên khối trượt

Lực dính c là hợp lực của các lực dính tác dụng trên mặt trượt, bằng tích của lực dính đơn vị với chièu dài của dây cung AC

C = c AC

Lực dính này có hướng song song với AC và cách tâm 0 một khoảng a, được tính từ điều kiện cân bằng mômen

R AC c a

R AC c

dộ ổn định bờ dốc

- Petterson (1916) và sau đó W.Fellenius (1927) là những kỹ sư Thuỵ Điển đã dùng phương pháp phân mảnh sớm nhất để tính độ ổn định bờ dốc Để đơn giản các ông cho rằng giữa các mảnh đất được chia ra, không hề có các lực tác dụng tương hỗ lẫn nhau

Phương pháp trên được gọi là phương pháp phân mảnh thông thường hay cổ điển

- Năm 1955 A.W.Bishop cũng tính độ ổn định của bờ dốc bằng phương pháp phân mảnh, nhưng không bỏ qua lực tác dụng tương hỗ giữa các mảnh với nhau

- Năm 1967 trên cơ sở của phương pháp Fellenius (1927) và Bishop (1955), E.Spence đã đề ra cách tínhổn định bờ dốc đất có mặt trượt trụ tròn bằng

phương pháp phân mảnh và giữa các mảnh có lực tương tác với nhau thể hiện qua hợp lực của các lực tương tác theo phương thẳng đứng và nằn ngang

1-4-2-2- Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất- biến dạng:

Trong phương pháp này , người ta muốn biểu diễn một cách rõ ràng quan

hệ hàm số giữa ứng suất và biến dạng của đất đá nằm trong bờ dốc với các điều kiện biên của chúng để có thể xác định được trường ứng suất tại mọi điểm của

Sau khi đã xác định được sự phân bố ứng suất (nhất là ứng suất trượt) trên

bờ dốc, đem so sánh với độ bền cắt lớn nhất tại điểm lực chọn sẽ vẽ được các vùng phân bố ứng suất như vùng bị phá huỷ, vùng phá huỷ mở rộng hay vùng biến dạng của toàn bộ bờ dốc

Để có thể áp dụng được phương pháp này, phải có đầy đủ những số liệu

về tính chất biến dạng và độ bền của đất đá như mô đun biến dạng theo trục x và

y, Ex, Ey hệ số Poisson ; các đặc trưng của sức chống cắt c, , hệ số áp lực ngang

k, trọng lượng thể tích của đất, đá Đây cũng là một khó khăn vì các số liệu trên không phải lúc nào cũng xác định được một cách chính xác Mặt khác, một vấn

đề khó khăn nữa là phải xác định được trạng thái ứng suất ban đầu của đất đá,

mà điều này lại phụ thuộc vào cấu trúc địa chất, địa hình lịch sử phát triển của

nó cúng như các hoạt động của nước ngầm Nói chung khi áp dụng phương

pháp này đòi hỏi việc khảo sát địa chất công trình phải thực hiện ở mức độ rất cao và trong thực tế hiện nay, không phải lúc nào cũng đáp ứng được

Vì vậy việc tính toán ổn định bằng phương pháp phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng chỉ được dùng trong các bờ dốc nhân tạo lớn và cao với các đặc trưng địa kỹ thuật đã biết một cách rõ ràng

Ngày nay trong thực tiễn áp dụng có rất nhiều phần mềm áp dụng phương pháp này để tính ổn định mái dốc

Phương pháp tính ổn định mái dốc của phần mềm SLOPE/W:

Các phương trình cân bằng liên quan được xác định bao gồm: phương trình lực pháp tuyến tại đáy và các phương trình hệ số an toàn Vấn đề này được thể hiện trong mục mô tả quá trình lặp khi giải các phương trình hệ số an toàn phi tuyến Đặc biệt chú ý là đưa ra các khía cạnh lý thuyết liên quan tới đất có áp lực mao dẫn âm

SLOPE/W giải hai phương trình hệ số an toàn: một thoả mãn cân bằng lực và một thoả mãn cân bằng mô men Lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn cho bài toán ứng suất được trình bầy ở đây như là một sự lựa chọn đối với tính toán ổn định cân bằng giới hạn Phương pháp này tính hệ số ổn định của mái trượt trên cơ sở trạng thái ứng suất trong đất có được trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT TRONG NỀN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ

NHỮNG VẪN ĐỀ ĐẶT RA

I-NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

Muốn nghiên cứu tính ổn định ,cường độ chịu tải, tình hình biến dạng của đất nền cũng như muốn tính toán móng và các công trình xây dựng trên đất, trong đất cần phải biết trạng thái ứng suất của đất trong nền

Nền đường ô tô thông thường là một nền đất ,tuỳ loại nền đường, loại địa chất khác nhau mà có những yêu cầu khác nhau

Thông thường, nền đường đắp trên nền đất là dạng thường được sử dụng nhiều nhất Tính chất của đất cũng thường giống nhau

Trong nội dung này, luận án nghiên cứu đến trường hợp nền đường đắp cao bằng đất và giả thuyết nền đất đồng nhất

II- CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỦA NỀN ĐẤT

1.1 Mô hình hoá vật liệu

Có 2 phương pháp cơ bản để mô hình hóa các vật liệu nhớt đàn hồi: Một là theo

mô hình cơ học, một là theo đường cong thuận từ biến Phương pháp thứ 2 thường được sử dụng vì nó đơn giản Mô đun đàn hồi E được coi là nhớt đàn hồi

và phụ thuộc vào thời gian