Công Nghệ Đường Sắt - Xây Dựng Nền Đường Sắt Phần 10 ppsx

Đặc điểm của nó là địa hình bằng phẳng, không dốc tự nhiên rõ rệt, khi tầng đất khô ráo dễ vỡ rơixuống tầng ngoài có lỗ nứt rõ rệt mặt nứt nhẵn trơn có vết, dưới điều kiện tự nhiên cónhi

Đất trương nở thuộc đất sét cố kết Nghành đường sắt gọi là đất sét nứt hổng,định nghĩa rõ ràng đất nứt là do khoáng vật đất sét tính trương nở tạo thành, đất séttính dẻo cao, nhiều lỗ nứt, cố kết Đặc trưng của nó nói chung là: Đất sét màu vàngcam, đỏ, xám trắng, tro xám , là tàn tích của thời kỳ kỷ thứ 3 đến kỷ thứ 4 Lộ diệnnhiều ở khu vực thềm đất, gò đất, gò đồi trước núi và mép bồn địa Đặc điểm của nó

là địa hình bằng phẳng, không dốc tự nhiên rõ rệt, khi tầng đất khô ráo dễ vỡ rơixuống tầng ngoài có lỗ nứt rõ rệt mặt nứt nhẵn trơn có vết, dưới điều kiện tự nhiên cónhiều trạng thái dẻo cứng hoặc cứng, khi hút nước thì trương nở mềm hoá và khi mấtnước thì co lại nứt ra, nó có đặc tính trương nở lặp lại, cường độ tàn dư của thể đấtthấp hơn nhiều so với cường độ lớn nhất Hư hại của nền đường đất nứt thường biểuhiện là ta luy xói mòn sụt và dốc trượt tính dẻo, dẫn đến nền đắp lún lâu dài

Về định nghĩa của đất trương nở có nhiều quan điểm khác nhau, căn cứ vào cácnghiên cứu của các nước có thể định nghĩa đất trương nở như sau:

Đất trương nở chủ yếu do các khoáng vật có tính ngậm nước mạnh (thạch caotạo thành), có kết cấu trương nở với nhiều lỗ rỗng, tính trương nở mạnh và đất séttính dẻo cao đã suy giảm cường độ Đặc trưng chủ yếu của nó là:

1 Thành phần hạt và tính chất cơ lý của đất trương nở

Thành phần hạt của đất trương nở có hàm lượng hạt sét (<0.005mm) cao nhất, sau đó là hàm lượng hạt bột (0.005 ~ 0.05mm), hai hàm lượnghạt này thường chiếm trên dưới 90%, hàm lượng hạt cát (> 0.05mm) thìtương đối nhỏ

Các loại hàm lượng hạt với đường kính khác nhau, tính chất công trình ở nơiđất trương nở biểu hiện ra cũng có khác biệt rất lớn Hàm lượng hạt sét tương đốilớn, diện tích ngoài cũng lớn, kết hợp màng nước tương đối dày, có tính co nở mạnh,

là đất trương nở mạnh, đối với kết cấu công trình có nguy hại lớn nhất Hàm lượnghạt bột tương đối lớn là đất trương nở trung bình Còn khi hàm lượng hạt cát tươngđối cao thì thuộc loại đất trương nở yếu

Đất trương nở là một loại đất sét có tính chất đặc biệt, trừ những tính chấtchung có trong đất sét thông thường ra, do thành phần khoáng vật đất sét hình thànhđất trương nở lấy khoáng vật đất sét có tính ngậm nước mạnh là chính, thành phầnnhóm hạt lại lấy hàm lượng hạt nhỏ là cơ bản, nó có đặc điểm giới hạn dung dịchcao, chỉ số tính dẻo lớn Khoáng vật đá thạch cao có ảnh hưởng quan trọng đối vớitính chất công trình Nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng đá đạt 5% sinh ra ảnhhưởng rõ rệt đối với sự co nở và cường độ chống cắt của đất, khi đạt tới 20% ~ 30%thì tính trương nở và cường độ chống cắt hoàn toàn do đá thạch cao khống chế.Hàm lượng nước là một trong những chỉ tiêu tính chất vật lý cơ bản của đấttrương nở, là đặc tính vật lý hoá học cơ bản ảnh hưởng quan trọng đến sự trương nở

và co lại, sự suy giảm cường độ v.v của đất trương nở Tuỳ theo sự thay đổi của hàmlượng nước, đất trương nở sẽ thể hiện các đặc tính khác nhau Hàm lượng nướctương đối thấp, trương nở ở vào trạng thái khô ráo, có thể trương nở tương đối cao,khi hàm lượng nước khá cao đất ở vào trạng thái gần bão hoà, ở thế co lại tương đốicao, hai trạng thái này đều có nguy hại tương đối lớn cho công trình xây dựng Hàmlượng nước tự nhiên của đất trương nở ở khu vực thông thường đều tương đối gần

với hàm lượng nước giới hạn dẻo của nó Trong thiết kế và thi công, nên cố gắngtránh việc thay đổi hàm lượng nước tự nhiên của đất trương nở, làm cho đất trương

nở không sản sinh biến dạng co nở lớn và cường độ bị suy giảm

Dung trọng cũng là một trong những chỉ tiêu tính chất vật lý cơ bản của đấttrương nở, nó có liên quan mật thiết với thành phần, kết cấu của hạt và hàm lượngnước Do quyết định đến cơ sở vật chất của thế co giãn của đất trương nở là thànhphần và hàm lượng hạt của thể rắn trong đất, cho nên đặc biệt chú ý đến độ lớn nhỏcủa dung trọng khô đất trương nở Dung trọng khô lớn, tỷ lệ lỗ rỗng sẽ nhỏ, thếtrương nở sẽ lớn và ngược lại Dung trọng khô của đất trương nở đều trên 16kN/m3,biểu hiện thể trương nở tương đối mạnh

Chỉ tiêu giới hạn chảy và giới hạn dẻo biểu thị tính chất tương hỗ giữa hạt đấtsét và nước Do đất trương nở chủ yếu là do khoáng vật đất sét tính ngậm nước tạothành, hàm lượng hạt đất sét nhỏ nhiều, diện tích ngoài lớn, kết hợp màng nước dày

có phạm vi thay đổi hàm lượng nước của tính chất tính dẻo lớn, cho nên đất trương

nở nói chung biểu hiện ra là có giới hạn chảy tương đối cao và chỉ số tính dẻo tươngdối lớn Giới hạn chảy của đất trương nở nói chung vào khoảng 40% ~ 55%, giới hạndẻo là 20% ~ 25%, chỉ số dẻo trên 20% thuộc loại đất sét

Thí nghiệm nghiên cứu cho thấy, cường độ chống cắt của đất trương nở ngoàibiểu hiện ra tính chất chung của đất sét thông thường, còn biểu hiện ra một số đặctrưng điển hình biến động cường độ tức là cường độ của thể đất tuỳ theo thời gian màsuy giảm Thể đất ta luy mới đào, ở vào trạng thái kết cấu nguyên thuỷ của hàmlượng nước tự nhiên, cường độ chống cắt tương đối cao Theo di chuyển của thờigian, bộc lộ như thể đất ta luy trong không gian, một mặt do tính cố kết của đấttrương nở mà làm cho thể đất sinh ra giãn nở, cường độ suy giảm, mặt khác dưới tácdụng của lực phong hoá thiên nhiên (nước và nhiệt độ), thể đất trải qua hiệu ứng codãn nhiều lần, kết cấu nguyên thuỷ dần bị phá hoại, lỗ rỗng nguyên sinh nở to ra, lỗrỗng mới co giãn và phong hoá không ngừng hình thành, hiện tượng ứng suất tậptrung ngày càng nghiêm trọng, hình thành khu vực bị phá hoại cục bộ, cường độ thểđất sẽ giảm xuống rõ rệt Đồng thời tuỳ theo sự phát triển của khe rỗng, lượng nướchút vào trong đất sẽ tăng lên, màng nước bao vây xung quanh hạt đất dày thêm, thểđất sẽ phát sinh trương nở, cường độ sẽ giảm xuống rõ rệt Đặc trưng suy giảmcường độ như (hình 7-8) (mô phỏng kết quả thí nghiệm cắt)

Do tính siêu cố kết của đất trương nở, cường độ chống cắt của đất trương nởcòn biểu hiện đặc điểm là độ tàn dư thấp hơn nhiều so với cường độ lớn nhất Nghiêncứu cho thấy, cường độ tàn dư và cường độ nguyên thuỷ của đất sét không có liênquan, cũng không có liên quan với hàm lượng nước ban đầu và mật độ, chỉ quyếtđịnh bởi các nhân tố độ lớn nhỏ, hình dạng, cấp phối của hạt sét và thành phầnkhoáng vật Khi đất trương nở thuộc loại khoáng vật chứa đất sét lấy thạch cao là

lỗ rỗng làm cho nước dễ thấm vào mà đa số vật đắp trong lỗ nứt là đất sét đá thạchcao, dễ hút nước trương nở Các loại vật liên kết trong nguyên đơn kết cấu đất nứttăng mạnh liên kết kết cấu của thể tập trung, sinh ra cường độ kết cấu nhất định, vậtliên kết gặp nước tan chảy thì cường độ kết cấu mất hết Do vậy nói kết cấu của đấtnứt là một loại kết cấu có tính trương nở.

3 Có tính nhiều lỗ nứt

Khe nứt của đất nứt phát triển phổ biến có nhiều hình thái không giống nhau,theo nguyên nhân hình thành lỗ nứt có thể phân thành lỗ nứt dạng nguyên sinh và lỗnứt dạng thứ sinh

Lỗ nứt nguyên sinh của đất nứt là trong quá trình sinh trưởng của đất nứt, đượcsinh sản dưới tác động phức tạp của nhiệt độ, độ ẩm, co giãn, mật độ Lỗ nứt nguyênsinh chủ yếu ở trạng thái ẩn náu (tức là trạng thái đóng chặt)

Lỗ nứt dạng thứ sinh theo cơ chế sinh trưởng có thể phân thành: Lỗ nứt phonghoá, lỗ nứt giảm tải, lỗ nứt dốc nghiêng và lỗ nứt ta luy trượt Lỗ nứt thứ sinh nóichung do lỗ nứt nguyên sinh phát triển thành

Đất co giãn thường phát triển vài nhóm khe nứt của quy luật, cấu thành tổ hợpnhiều lỗ nứt hình thành thể kết cấu lỗ nứt Sự phân bố của khe nứt trên bình diện làdạng lưới không có quy tắc; trong không gian lỗ nứt ở các hướng và cơ chế hìnhthành không giống nhau lại cắt thể đất thành một số miếng ở vài hình thái, như thểcọc gờ, thể miếng gờ, thể cọc ngắn, thể phiến vẩy cá, trên phần cắt lỗ nứt, có thểphân tầng thể đất cắt; thậm chí có thể phân cắt vô hạn, hạt khoáng vật đất sét trênmặt lỗ nứt có đặc trưng định hướng xếp theo thứ tự

Lỗ nứt lớn nhỏ phân bố dày, hạ thấp rất nhiều cường độ của đất, làm cho tínhchất công trình của nó biến đổi xấu

4 Có tính cố kết mạnh

Theo nghiên cứu đất trương nở trong quá trình lịch sử địa chất hình thành nó,

đã từng chịu tác động của tải trọng phủ trên lớn mà có tính cố kết mạnh Đất trương

nở có tính cố kết, ảnh hưởng của đặc tính ứng suất, cường độ của nó đối với côngtrình là rất rõ ràng Khi đào bóc tầng đất phủ trên sản sinh giãn nở rõ rệt, bất lợi cho

sự ổn định của công trình xây dựng

Đất nứt phân bố rộng rãi, tổng diện tích rất lớn, chủ yếu phân bố ở các vùngcao nguyên đến đồng bằng và các lưu vực thềm lòng sông, khoảnh đất và khoảnh đất

gò đồi giữa sông Nguyên nhân hình thành và các loại hình của nó phức tạp, đặc tínhcông trình cũng có rất nhiều khác biệt

Đặc tính giãn nở của đất trương nở, thông thường trong thực tiễn công trìnhdùng các chỉ tiêu: hàm lượng nước giãn nở, lượng giãn nở và lực giãn nở để đánhgiá

- Hàm lượng nước lớn nhất của thể đất sau khi hấp thụ nước trương nở ổn định,tức là hàm lượng nước giới hạn cao nhất của mức giãn nở lớn nhất của đất trương nởhấp thu nước, còn gọi là hàm lượng nước giới hạn giãn nở, lấy WH biểu thị

gwH– trọng lượng nước trong đất sau khi trương nở ổn định (g)

g1– trọng lượng hạt thể khô của đất mẫu (g)

- Tỷ lệ giãn nở là chỉ dưới điều kiện nhất định tỷ lệ giữa lượng tăng thể tích củathể đất sau khi trương nở ổn định với thể tích ban đầu Theo điều kiện khác nhau, tỷ

lệ giãn nở của đất trương nở có thể dùng các chỉ tiêu như sau để biểu thị:

Trong đó:

V0– thể tích ban đầu của mẫu đất (cm3);

V – thể tích của đất sau giãn nở ổn định ( cm3)

Trong đó:

H0– chiều cao ban đầu của mẫu đất (cm);

H – chiều cao của mẫu đất sau giãn nở ổn định

- Tỷ lệ giãn nở có tải

%100

hp H

H H

Trong đó:

V0– thể tích ban đầu của mẫu đất hỗn hợp (cm3);

V – thể tích của mẫu đất hỗn hợp sau khi giãn nở do hấp thu nước

mà trong nước không có bất kỳ điều kiện giới hạn nào

- Hệ lực giãn nở chỉ đất trương giãn nở bị giãn nở sau khi hấp thu nước làm thểtích tăng lên sinh ra ứng suất nội

G – tổng tải trọng cân bằng gia tăng

Phân biệt đất trương nở nên căn cứ vào đặc trưng địa chất bên ngoài, tỷ lệ giãn

nở tự do và độ to nhỏ của lực giãn nở để tổng hợp

7.4.2 Nền đắp và nền đào ở khu vực đất trương nở

Nền đường ở khu vực đất trương nở cho dù là đoạn nền đắp hay nền đào,thường có biến dạng ta luy và biến dạng lớp đệm nền nghiêm trọng, thậm chí làmcho nền đường mất đi sự ổn định, ảnh hưởng đến an toàn chạy tàu dẫn đến vận doanhgián đoạn Do vậy nên kết hợp các đặc tính của nó với dốc ngang mặt đất, chiều caonền đường , để xác định nguyên tắc xây dựng và biện pháp xử lý

Nền đường ở khu vực đất trương nở nên tuân theo các nguyên tắc thiết kế dướiđây:

1 Thiết kế nền đường nên căn cứ vào loại hình và đặc tính của đất trương nở,đặc biệt là phân biệt đặc tính co giãn của nó, bảo đảm tính ổn định của nền đường

2 Ta luy của nền đường đất trương nở nên căn cứ vào điều kiện địa chất ta luy,đối với đất nứt có mặt kết cấu mềm yếu, kết cấu phức tạp thì sử dụng biện pháptường chắn Mức độ phát triển của lỗ nứt ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định ta luy.Đối với khe nứt phát triển mà khi khe nứt chủ yếu nghiêng theo hướng tuyến đường,nên so sánh mặt kết cấu lỗ nứt chủ yếu sử dụng biện pháp tường chắn cần thiết, kịpthời chắn lại

3 Mức độ phong hoá và độ sâu phong hoá của đất trương nở ảnh hưởng đến sự

ổn định của nền đường Ta luy mà chiều sâu phong hoá tương đối lớn nên lấy tườngchắn là chính, ngược lại có thể dùng ta luy phòng hộ

- Độ dốc ta luy nền đào nên căn cứ vào đặc tính đất trương nở, tầng mềm yếu

và tình hình tổ hợp của khe nứt, đặc điểm khí hậu của vùng, điều kiện địa chất thuỷvăn cùng với tham khảo sườn núi tự nhiên và sườn dốc ổn định để xác định Bảng 7-

9 liệt kê các giá trị có thể tham khảo trong trường hợp bình thường

- Mặt cắt nền đường thường sử dụng ta luy từ dốc đến đỉnh, ta luy hình bậcthềm hoặc ta luy đường gẫy khúc Hình dạng ta luy từ dốc đến đỉnh chủ yếu sử dụngvới nền đắp thấp Các trị số liệt kê ở bảng 7-9 có thể căn cứ vào đặc tính của đất,chiều cao nền đắp, đặc điểm khí hậu của khu vực và kinh nghiệm thành thạo về nềnđắp đã có thể chọn

ta luy (m) Độ dốc ta luy Chiều rộng thềm bệphẳng ta luy (m) Ghi chú

< 6 1 : 1,5 ~ 1 : 1,75 Có thể không đặt Thềm bệ phẳng cóthể thay đổi

6 ~ 10 1 : 1,75 ~ 1 : 2,0  2,0 Điểm dốc lắp đặt

7.4.3 Gia cố và phòng hộ nền đường ở khu vực đất trương nở

Để phòng trừ biến dạng ta luy nền đường đất trương nở và ta luy nền đường đãphát sinh biến dạng cần phải tiến hành sửa chữa, kịp thời làm tốt công trình gia cố,phòng hộ và công trình thoát nước có ý nghĩa cực kỳ quan trọng

1 Phòng hộ và gia cố nền đào đất trương nở

Đất trương nở do thi công nền đào dẫn đến hiệu ứng của biến dạng của taluyđặc biệt rõ rệt, và vì ta luy đất trương nở phong hoá, biến dạng dẫn đến các hư hại

của ta luy mà so với các loại đất khác đều phổ biến và nghiêm trọng hơn do vậy nênkịp thời phòng hộ Khi ta luy nền đào tương đối cao, phần dưới ta luy nên kịp thờixây dựng tường chắn đất, phòng trừ ta luy biến dạng

Thực tiễn chứng minh, kịp thời làm tốt công trình phòng hộ và gia cố ta luynền đào đất trương nở, luôn luôn có hiệu quả trong việc phòng trừ biến dạng ta luy.Phòng trừ ta luy nền đào đất trương nở chủ yếu có các loại hình như sau:

a) Phòng hộ thực vật

Phương pháp phòng hộ thực vật tương đối có hiệu quả là lát vầng cỏ Sử dụngđơn độc cách lát vầng cỏ phòng hộ mặt ta luy nói chung chỉ thích hợp với ta luy nềnđào thấp

Biện pháp phòng hộ thực vật cũng thường kết hợp sử dụng với các biện phápphòng hộ khác

b) Phòng hộ ta luy bằng khung giá:

Để phòng trừ đất mặt ta luy phong hoá, đồng thời tăng cường ổn định cho thểđất phong hoá, có thể lắp đặt khung giá phòng hộ ta luy

Taluy phòng hộ bằng khung giá thường dùng có: Ta luy phòng hộ bằng khung

ô vuông, ta luy phòng hộ bằng khung vòm và ta luy phòng hộ bằng khung hình chữ

“nhân” , khung phòng hộ ta luy sử dụng đá phiến xây vữa Nên chú ý, đoạn đườngphong hoá đặc biệt nghiêm trọng hoặc khó dựng khung thì không nên sử dụng khunggiá phòng hộ ta luy

e) Tường chắn đất.

Do đặc tính và quy luật biến dạng của đất trương nở, tại chân ta luy nền đườngđào nên lắp đặt tường chắn đất để kịp thời phục hồi trạng thái ứng suất trước khi đàocủa sườn đất, phòng trừ phong hoá và biến dạng, có hiệu quả rõ rệt trong việc ổnđịnh ta luy

2 Phòng hộ và gia cố nền đắp

Để phòng trừ nền đắp xây dựng trên đất trương nở lún xuống, phong hoá vàbiến dạng co dãn tạo thành các nguy hại, nền đắp nên tăng cường phòng hộ gia cốmặt ta luy Biện pháp phòng hộ gia cố có hiệu quả thường dùng là: biện pháp phòng

hộ thực vật, rãnh thấm tường chắn và gia cố tường chắn

Câu hỏi ôn tập chương 7

Câu 1 Nền đường khu vực ngâm nước

Câu 2 Nền đường khu vực động đất

CÂU HỎI ÔN TẬP MÔN NỀN ĐƯỜNG

***************

CHƯƠNG 1 CẤU TẠO VÀ THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG SẮT THÔNG THƯỜNG

Câu 1 Hình dạng và cấu tạo mặt cắt ngang nền đường

Câu 2 Mặt nền đường và lớp đệm nền

Câu 3 Nền đắp, nền đào

Câu 4 Phương pháp xử lý đoạn quá độ giữa cầu và đường

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC

Câu 1 Đặc điểm nền đường sắt cao tốc

Câu 2 Mặt cắt ngang tiêu chuẩn nền đường sắt cao tốc

Câu 3 Hình dạng và chiều rộng mặt nền đường sắt cao tốc

CHƯƠNG 3 TƯỜNG CHẮN NỀN ĐƯỜNG

Câu 1 áp lực đất

Câu 2 Tính toán thiết kế tường chắn đất trọng lực

CHƯƠNG 4 THOÁT NƯỚC NỀN ĐƯỜNG VÀ PHÒNG HỘ

Câu 1 thoát nước nền đường

Câu 2 phòng hộ nền đường

CHƯƠNG 5 NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU

Câu 1 Cường độ chống cắt của đất yếu

Câu 2 Kiểm toán ổn định của nền đường trên đất yếu

Câu 3 Tính độ lún của nền trên đất yếu

Câu 4 Các biện pháp gia cố nền đất yếu

CHƯƠNG 6 NỀN ĐƯỜNG QUA VÙNG ĐẤT SỤT

Câu 1 Công trình thoát nước và phòng hộ

Câu 2 Công trình tường chắn và các biện pháp khác gia cố

CHƯƠNG 7 NỀN ĐƯỜNG KHU VỰC ĐẶC BIỆT

Câu 1 Nền đường khu vực ngâm nước

Câu 2 Nền đường khu vực động đất

Đường cong nén lún

Phụ lục 1

Công thức coulomb tính

áp lực đất chủ động ở các điều kiện giới hạn

Phụ lục 2

Nds.349

Dùng phương pháp đa giác lực tính công thức áp lực đất tường dưới tường chắn đất

hình gãy khúc

Phụ lục 3

Công thức tính

áp lực đất chủ động khi xuất hiện vết nứt thứ hai

Phụ lục 4

Nds.352

các đơn vị dùng trongđịa lý kỹ thuật theo hệ thống quốc tế (SI)

Niutơn trên m3

giâymét trên giâyPasal giây hoặc Poazon

kgNmPakg/m3

N/m3

sm/sPl

1 đối chiếu giữa các đơn vị theo hệ thống quốc tế (SI) và các đơn vị cũ thường dùng

1 Khối lượng thể tích: 1g/cm3 = 1t/m3 = 103 kg/m3

1kg/m3 = 10-3 g/c m3 = 10-3 t/ m3

2 Lực 1N tương đương 0.102kG