Công Nghệ Đường Sắt - Xây Dựng Nền Đường Sắt Phần 4 doc

Đường sắt cao tốc nước ngoài, để nâng cao cường độ và năng lực chống lại ảnhhưởng của hoàn cảnh khí hậu thuỷ văn, đều chú ý gia cường kết cấu lòng nền đường,đồng thời đối với vật liệu đắ

xuống, phần trên 0.50m là lớp bề mặt lòng nền đường, phần dưới 0.70m là lớp đáylòng nền đường Trong quy phạm cũng đề ra yêu cầu về vật liệu đắp và độ chặt đốivới lòng nền đường Thế nhưng nhiều tư liệu chứng minh, tuy có theo quy phạm xâydựng nền đường nhưng vẫn xuất hiện hư hỏng nền đường rất nhiều, dẫn tới khốilượng công tác duy tu sửa chữa rất lớn, hao phí rất nhiều tiền của tiến hành chữa trị

và gia cường Trong nhiều dạng hư hỏng, không ít là do không đủ đầm chặt đất đắp

mà tạo thành nền đắp bị lún, do đó hư hại phát sinh Vấn đề không đủ độ chặt là dochất lượng thi công không hoàn toàn đạt tới tiêu chuẩn quy định, đồng thời tiêuchuẩn bị hạ thấp là một trong những nguyên nhân không thoả mãn yêu cầu vậnchuyển lớn đối với nền đường Độ chặt đất đắp thấp, cường độ đất tất nhiên kém,nhất là nước mùa mưa thấm xuống, cường độ đất lại càng hạ thấp

Đường sắt cao tốc nước ngoài, để nâng cao cường độ và năng lực chống lại ảnhhưởng của hoàn cảnh khí hậu thuỷ văn, đều chú ý gia cường kết cấu lòng nền đường,đồng thời đối với vật liệu đắp và cường độ đều đề ra yêu cầu nghiêm khắc

2.5.2 Tác dụng của lớp mặt lòng nền đường sắt

Lớp mặt lòng nền là bộ phận trọng yếu nhất của nền đường sắt, là cơ sở trựctiếp của đường ray, đảm nhận sứ mệnh trọng yếu Tác dụng chủ yếu của lớp bề mặtlòng nền đường gồm mấy điểm sau:

1 Tăng khoẻ cường độ tuyến đường, khiến cho nền đường càng kiên cố, ổn

định, đồng thời dự trữ độ cứng nhất định, khiến cho trị số biến dạng đàn hồi khi đoàntầu qua ở một phạm vi nhất định

2 Khuếch tán ứng suất động trên mặt đất lòng đường, khiến cho nó không vượt

quá ứng suất động cho phép

3 Phòng trừ đá dăm chui vào lòng nền và đất lòng nền lại đùn vào lớp đá dăm.

4 Phòng trừ nước xâm nhập lòng nền làm cho đất lòng nền mềm hoá, phòng

trừ phát sinh phụt bùn và các hư hại ở lòng nền đường, và bảo đảm phần mặt vai lòngnền không bị nước mưa xói lở

Tóm lại, lớp mặt lòng nền đường là nền móng kiên cố cho đường ray, do vậycần có cường độ và độ cứng tương đối lớn, cường độ và độ cứng là hai đặc tính cơhọc khác nhau, hai đặc tính này có liên quan nhưng lại không giống nhau Độ cứng làchỉ năng lực của lớp mặt lòng nền đường chống biến dạng, còn cường độ là chỉ lớpmặt lòng nền đường chống đỡ áp lực tác dụng và năng lực chống phá hoại

Nước Pháp gọi kết cấu giữa lớp đất lòng đường và đá dăm gọi là “lớp đệm”.Căn cứ vào cấp đường và tình trạng chất liệu vật liệu đắp, lớp đệm có thể do một lớphoặc nhiều lớp cấp phối cát cuội tốt tạo thành Lớp thứ nhất là lớp đáy đá dăm (nếu

sử dụng kết cấu một lớp thì chỉ là một lớp đó), do đường kính hạt d 30mm, các hạtkhông nhỏ hơn 30% của vật liệu cấp phối Hệ số đầm chặt cần đạt 100% tiêu chuẩnchuỳ loại nặng Chiều dày của lớp cấp phối căn cứ vào loại, chiều dài tà vẹt và lượngvận chuyển hàng ngày để xác định Đường sắt cao tốc nước Pháp (V  200 Km/h)quy định, lớp đá dăm cộng thêm “lớp đệm” này không được nhỏ hơn 0.60m (trườnghợp khó khăn là 0.50m)

Lớp thứ hai là lớp móng (hoặc lớp đáy móng), do đắp bằng lớp cấp phối đácuội tốt Yêu cầu hệ số đầm chặt của lớp này không được nhỏ hơn 95% tiêu chuẩn

đầm chặt chuỳ loại nặng, chiều dày lớp này do tính chất của đất lòng đường quyếtđịnh, nhưng không nhỏ hơn 0.15m Lớp thứ ba là lớp phòng mùn bụi, do cát hoặc vảiđịa kỹ thuật làm thành, dùng để cải thiện lớp móng, và tác dụng phản lọc với lòngđường, đồng thời giúp phòng trừ lòng đường xẩy ra hố lún Chiều dày lớp này khôngnhỏ hơn 0.15m Chiều dày của cả lớp đệm là 0.3 ~ 0.6m.

2.5.3 Phương pháp xác định bề dày lớp mặt lòng nền đường

Phương pháp xác định bề dày lớp mặt lòng nền đường có hai phương pháp:một là phương pháp khống chế biến dạng, phương pháp này sử dụng tải trọng độngđoàn tầu tác dụng lên mặt nền đường làm biến dạng không quá 0.4cm làm điều kiệnkhống chế; còn một loại khác là phương pháp khống chế cường độ, phương pháp nàylấy tác dụng của ứng suất động trên lớp đất đắp ở tầng bề mặt lòng đường, không lớnhơn ứng suất động cho phép của đất đắp làm điều kiện khống chế

1 Phương pháp khống chế biến dạng

Mục đích của khống chế biến dạng là bảo đảm đoàn tầu chạy êm thuận, biếndạng ở lớp mặt lòng nền đường không bị nứt, hoặc biến dạng dẻo quá lớn giảm thọlớp mặt lòng nền đường Do lớp mặt lòng nền đường gần đường ray, ứng suất động ở

bộ phận lớp trên và lớp dưới chênh lệch nhau rất rõ, đồng thời đường kính đá dămlớn, đường kính đất đắp nhỏ, là đường kính tương phối ở mặt tiếp xúc lớp trên và lớpdưới, nói chung chia lớp mặt thành hai bộ phận trên dưới

Lớp trên mỏng chừng 0.2 ~ 0.3m, yêu cầu mô đun cao, yêu cầu hạt có độ bềnnhất định, sử dụng loại hạt cuội thạch anh, tương đương lớp dưới đá dăm Tác dụngcủa lớp dưới để bảo vệ đất dắp lớp đáy đệm lòng đường, đường kính hạt cần phốihợp với đất đắp, khiến cho lớp đất đắp không chui vào lớp mặt lòng nền đường, đồngthời cần hệ số thấm nhỏ Tổng bề dày lớp mặt lòng đường xác định như hình 2-5.Sau khi đã xác định mô đun đất đắp của lớp đáy lòng nền đường và vật liệu lớpmặt lòng nền đường, thì có thể căn cứ vào hình 2-5 xác định nhu cầu bề dày mặt lòngnền đường Khi mô đun đàn hồi động bằng 130MPa của vật liệu lớp bề mặt lòng nềnđường, nhu cầu bề dày lớp bề mặt lòng nền đường chừng 120cm

mô đun đất, vật liệu lớp mặt lòng nền và bề dầy lớp mặt lòng nền.

Hình 2-6 Quan hệ giữa mô đun

chuẩn đất đắp

Đất hạtnhỏ, đấtcát, đất sét

Cát nhỏ,cát vừa, cátthô, cátcuội

Khu vực lượng mưa < 40mm/ năm, lớp mặt lòngđường hạt nhỏ

K  0.95; lớp đáy lòng đường K  0.90 Đất chứa nhiều nước,dùng K30 kiểm tra Lớp mặt lòng đường vật liệu đắp là nhóm A,nhóm B

Bề dày lớp mặt lòng nền đường cường hoá ĐS Nhật

Cấp phối

đá dăm

xỉ lò(Cm)

Lớp thoátnước(cát)(Cm)

Xỉ lò cao(Cm)

Lớp thoátnước (cát)(Cm)

- Xác định ứng suất động thiết kế tác dụng lên mặt nền đường

- Xác định cường độ cho phép của đất ở lớp đáy lớp đệm mặt nền đường.ứng suất cho phép của lớp đất đắp có thể xác định bằng thí nghiệm nén 3 trục.Kết quả thực nghiệm chỉ rõ đất đắp cũng tồn tại cường độ động tạm thời, tức là khichịu tác dụng tải trọng nhỏ hơn cường độ động tạm thời này, thì biến dạng tích luỹdẻo của mẫu đất gần bằng không

Nếu không, tính dẻo của mẫu đất sẽ tích luỹ và phát triển Cường độ động tạmthời có quan hệ mật thiết đến trạng thái ứng suất của loại đất, độ chặt và hàm lượngnước Bởi vì rất nhiều nhân tố ảnh hưởng cường độ động tạm thời và tính chất khôngđồng đều của mẫu đất cho nên thực nghiệm rất khó khăn Kinh nghiệm của đường sắtPháp chỉ rõ, mức độ ứng suất sử dụng của mẫu đất có quan hệ mật thiết đến khốilượng công việc duy tu tuyến đường Mức độ ứng suất càng cao khối lượng côngviệc duy tu sau này càng lớn Do đó đường sắt Pháp kiến nghị, khi thiết kế tuyếnmới, ứng suất sử dụng lấy bằng 0.8 trị tiêu chuẩn

Hình 2-7: Là kết quả thí nghiệm nén 3 trục có xét tới áp lực hông và hệ số triếtgiảm do đường sắt Pháp kiến nghị có được đường cường độ cho phép

Căn cứ vào điều kiện có thể tính ra, nếu độ đầm chặt của lớp đất lòng nềnđường đạt 100%, thì bề dày lớp mặt lòng nền đường khoảng 0.6m Nếu độ đầm nénchặt chỉ đạt 95%, thì bề dày của lớp mặt lòng nền đường cần trên 0.8m, Tổng hợp kếtquả tính toán của hai phương diện khống chế biến dạng và khống chế cường độ, bềdày lớp bề mặt lòng nền đường lấy bằng 0.7 ~ 0.8m, độ chặt đất đắp lòng nền đườngkhông thấp hơn 0.97 Đề phòng thoát nước tốt, dốc ngang đỉnh mặt lớp mặt và lớp

5%

Hình 2-7 Xác định bề dày lớp bề mặt lòng đường.

3 Xác định bề dày lớp đệm lòng nền đường

Hình 2-8 Phân bố theo chiều sâu

ứng suất tự trọng nền đường và ứng suất động đoàn tầu.

ứng suất động đoàn tầu do đường ray, lòng đường truyền xuống thân nềnđường, sau đó theo chiều sâu giảm thiểu Nói chung bộ phận ảnh hưởng lớn nhất củaứng suất động là lớp đệm lòng nền đường Thực nghiệm 3 trục động ép chặt đất chỉ

rõ, khi tỷ số ứng suất động tĩnh dưới 0.2, gia tải tới 10 vạn lần chỉ sinh ra biến dạngdẻo tích luỹ dưới 0.2%, rất nhanh đạt ổn định Nếu tỷ số ứng suất, tỷ số động tĩnhdưới 0.1, thì ảnh hưởng của tải trọng động tương đối nhỏ Bởi thế nói chung dùng tỷ

số ứng suất động tĩnh là 1/5 hoặc 1/10 làm căn cứ xác định bề dày lớp đệm lòng nềnđường

Xét tới bộ phận lớp đệm lòng nền đường có chất đất tốt, độ đầm chặt cao, nóichung sử dụng tỷ số ứng suất động tĩnh là 1/5 làm tiêu chuẩn xác định bề dày lớpđệm lòng nền đường

Hình 2-8: Biểu thị đường cong biến đổi theo chiều sâu của ứng suất động vàứng suất tĩnh Từ hình vẽ có thể thấy, tỷ lệ ứng suất động tĩnh là 1/5 ở độ sâu là3.2m Do đó, bề dày lớp đệm lòng nền đường đường sắt cao tốc sử dụng là 3m

2.6 Vật liệu đắp nền đường sắt cao tốc và tiêu chuẩn đầm nén

2.6.1 Lớp bề mặt lòng nền đường sắt cao tốc

Từ một số nghiên cứu thực nghiệm của đường sắt Nhật, Pháp, Đức, Tây BanNha, về cường hoá lòng nền đường đường sắt chỉ rõ, vật liệu lớp bề mặt lòng nền

đường sắt cao tốc có mấy loại: Cấp phối đá dăm, cát đá cuội, cấp phối hạt khoáng vật

xỉ lò cao và các loại đất ổn định tổ hợp (như đá vôi, xi măng)

Cấp phối vật liệu hạt khoáng, đặc biệt là cấp phối xỉ lò cao làm vật liệu lớp bềmặt lòng nền đường thì rất tốt Thành phần chủ yếu của nó là SiO2 , Al2O3 giống nhưthành phần của xi măng Thời gian rất dài sau khi thi công còn tiếp tục cứng hoá, khảnăng chịu tải nâng cao, đương nhiên là rất tốt Cường độ không giới hạn ở sườn làtrên 1200 kPa, mô đun đàn hồi trên 300 MPa Nhưng vẫn còn một số chỗ bất lợi, là

nó phải cùng với lò luyện kim tiến hành gia công, chất lượng đá dăm xỉ lò yêu cầucao, nếu không đặc điểm tính gặp nước cứng không đạt được Công nghệ thi côngđối với đá dăm xỉ lò yêu cầu nghiêm khắc, khi sử dụng không đúng thì P2O5 và CaO

sẽ làm ô nhiễm môi trường Loại vật liệu này được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản,Châu Âu sử dụng ít, nhưng trên đường sắt Trung Quốc ít dùng Xét quá trình điềukiện thi công của Trung Quốc, sử dụng loại vật liệu này gặp nhiều khó khăn, cần thờigian tương đối dài để quá trình thành thục

Các loại cát đá cuội là vật liệu đường sắt Châu Âu sử dụng phổ biến, ở lớp bềmặt lòng nền đường sắt, ở đường ô tô Trung Quốc cũng đã sử dụng rộng rãi Nó làcát và tập hợp các hạt cuội to nhỏ khác nhau, mỗi loại có tỷ lệ nhất định thành vậtliệu hỗn hợp, tổ hợp các hạt phù hợp yêu cầu mật độ cấp phối, trong đó bao gồmphần đất sét có chỉ tiêu dẻo tương đối cao, nhét đầy khe hở đồng thời có tác dụngdính kết, sau khi qua đầm nén hình thành kết cấu chặt chẽ Hình thành cường độ của

nó là do lực dính kết của đất hạt nhỏ và lực ma sát giữa các hạt hỗn hợp

Kinh nghiệm của ngành đường ô tô cho rằng: Chỉ cần bảo đảm chất lượng vậtliệu hợp thành, có một hỗn hợp cấp phối tốt, đồng thời khống chế độ ẩm của hạt đấtnhỏ và chỉ tiêu dẻo, trong quá trình thi công chộn đều, đầm nén chặt ở độ ẩm tốtnhất, đạt được độ chặt yêu cầu thì có thể hình thành kết cấu có cường độ cơ họctương đối cao và tính ổn định gặp nước tốt

Biểu 2-9 Yêu cầu vật liệu của lớp bề mặt lòng đường, của đường sắt cao tốcTây Ban Nha Do lực động xuất hiện tương đối lớn ở bộ phận lớp bề mặt lòngđường, bởi vậy yêu cầu vật liệu phải có tính chống mài mòn

Đường sắt Pháp cũng yêu cầu cơ bản như vậy

Yêu cầu tính chất vật liệulớp mặt lòng nền đường sắt cao tốc Tây Ban Nha

Biểu 2-9

Lớp dMax Loại

đất < 0.08mm CBR

Tỷlệmàimòn

Devalướt Devalkhô Độ chặt

MôđunđànhồiLớp

dưới 10Cm NO 3%~8% >10% < 30 > 9 >100% > 80MPa

Căn cứ vào kinh nghiệm của trong, ngoài nước, để nâng cao khả năng chịu tải,còn yêu cầu hạt đá cuội loại vừa lại dài và hàm lượng hạt nhỏ dài không quá 20%.Khi quá nhiều hàm lượng hạt có hình dạng không đúng, thì cần tuyển chọn vật liệuhợp tiêu chuẩn Để đề phòng đá dăm xâm nhập và đường kính của đá dăm phải phốihợp, đường kính lớn nhất của cát đá cuội không được vượt quá 40mm, D85 > 10mm.Cát phải có cấp phối tốt nói chung tuyển chọn cát thô và cát vừa Yêu cầu khống chếnghiêm hàm lượng cát nhỏ hơn 0.5mm và chỉ số dẻo Để đề phòng hạt của lớp đấtchui vào bề mặt lòng nền đường, yêu cầu D15 < 4D'85 (đất đắp nền đường) Nếukhông đáp ứng nhu cầu trên có thể rải đặt lớp vải đệm ở đáy lớp bề mặt lòng nềnđường, để nâng cao khả năng phản lọc của nó

Căn cứ vào yêu cầu các mục nêu trên, cấp phối cát đá cuội sử dụng như đường

ô tô dùng cấp phối cát đá cuội ở lớp móng theo yêu cầu cấp phối quy định, xem bảng2-9

Tiêu chuẩn đầm chặt xem bảng 2-10

Chỉsốdẻo

1 100 90 ~100 65 ~85 45 ~70 30 ~55 15 ~35 10 ~20 4 ~ 10 < 28 6

2 100 90 ~100 75 ~95 50 ~70 30 ~55 15 ~35 10 ~20 4 ~ 10 < 28 6

3 100 85 ~100 60 ~80 30 ~50 15 ~30 10 ~20 2 ~ 8 < 28 6

Tiêu chuẩn độ chặtkhi lớp mặt lòng nền là cấp phối cát đá cuội

Bảng 2.11

Vật liệu đắp Bề dầy (m) Tiêu chuẩn độ chặt

Hệ số nền móng(MPa/m) Hệ số đầmchặt K Tỷ lệ rỗng nCấp phối cát

Ghi chú:

Hệ số đầm chặt K là độ chặt tiêu chuẩn chuỳ nặng

Phạm vi sử dụng cấp phối đá dăm như bảng 2-12

Yêu cầu chất lượng vật liệu:

- Hàm lượng đá dăm dạng dài, bẹt không lớn hơn 20%

- Hàm lượng đá dăm chất mềm, dễ vỡ không vượt quá 10%

- Vật liệu phải sạch, hàm lượng đất bùn không vượt 2%

- Phần trăm đá cứng, chịu mòn, bền, mài mòn 30%

- Hàm lượng nước hút 3.0%, tỉ trọng đá dăm > 2,45

Tiêu chuẩn độ chặtkhi dùng đá dăm làm lớp mặt lòng nền đường

Bảng 2.13

Vật liệu đắp Bề dày Tiêu chuẩn độ chặt Ghi chú

(m) Hệ số nền

móng K30

(MPa/m)

Tỷ lệrỗng n

Lớp mặt lòng nền đường do hai lớp làm thành, các nước Nhật, Đức, Pháp, TâyBan Nha đều như thế Lớp trên yêu cầu mô đun lớn, hệ số thẩm thấu nhỏ, hai yêu cầunày rất khó thoả mãn Bởi thế Nhật Bản dùng bê tông nhựa, có thể đáp ứng yêu cầutrên

Để thoát nước tốt đỉnh lớp mặt lòng nền đường và đỉnh mặt lòng nền đều làmdốc ngang 4% ~ 5%

2.6.2 Lớp đáy lòng nền đường sắt

Vật liệu đắp lớp đáy lòng nền đường, phải chấp hành đúng quy phạm hiệnhành, chỉ được sử dụng vật liệu nhóm A nhóm B và đất cải tạo Độ chặt lớp đáy lòngnền đường như bảng 2-14

Tiêu chuẩn độ chặt lớp đáy lòng nền đường

1 Yêu cầu vật liệu đắp phần dưới nền đắp

Đất đắp phần dưới nền đắp cần đáp ứng 3 yêu cầu sau:

(1) Dưới tác dụng của đoàn tầu và tải trọng tự trọng nền đắp, nền đắp có thểbảo trì ổn định bền vững lâu dài

(2) Độ lún nén chặt của bản thân nền đắp rất nhanh hoàn thành

(3) Đặc điểm cơ học của nó không bị các nhân tố cơ học khác (nước, nhiệt độ,động đất) ảnh hưởng mà trở thành biến đổi không có lợi cho nền đường Bởi thế chỉcần thông qua xử lý chất đất có thể đáp ứng yêu cầu trên, là bổ sung làm vật liệu đắp.Tuy nhiên đối với đường sắt cao tốc, vật liệu sử dụng phải là loại tốt nhất Nhưthế có thể giảm thiểu lún sau này, lại có thể có phần dự trữ an toàn cho bảo đảm ổnđịnh của nền đắp Đầu tiên phải sử dụng vật liệu chất lượng tốt mà yêu cầu hạt trongquy phạm nền đường Thực tế chứng minh, sử dụng cấp phối chất lượng tốt, giảmthiểu rất nhiều lún sau này của nền đường Bởi thế ở điều kiện có thể, vật liệu nềnđắp phải là chọn vật liệu nhóm A, nhóm B Để giải quyết loại vật liệu hai nhóm trên,đương nhiên có thể mở rộng phạm vi sử dụng vật liệu đắp, tức là dùng bộ phận vậtliệu nhóm C và nhóm D thông qua cải tạo rồi đem sử dụng.

2 Tiêu chuẩn độ chặt vật liệu đắp phần dưới nền đắp

Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản, độ chặt bộ phận dưới nền đắp phải lớn hơn 0.90(đầm chặt chuỳ nặng tương đương 0.93 của đường sắt Trung Quốc), tỷ lệ hạt thô <10% (hàm lượng hạt nhỏ > 50%) và 15% (khi hàm lượng hạt nhỏ 20% ~ 50%), K30 >0,7MPa/cm

Độ đầm chặt yêu cầu của Đức 0.95 ~ 0.97, tỷ lệ rỗng của hạt đất thô < 12%.Nước Pháp yêu cầu đạt 0.95; Từ đó ta thấy yêu cầu độ chặt đất đắp của các nướcChâu Âu cao hơn so với Nhật Bản Như thế có khả năng là nguyên nhân Nhật Bản vìthoả mãn yêu cầu của lớp bề mặt lòng nền mà đối với mô đun vật liệu của lớp bề mặtlòng nền nâng lên trị số đặc biệt cao Nước Đức yêu cầu mô đun vật liệu hạt nhỏ EV2

 45 MPa, cao hơn nhiều so với Nhật Bản là 34 MPa (48.7 K30)

Để bảo trì tính ổn định biến dạng của đường sắt cao tốc, rất cần thiết phải nângcao độ chặt đầm nén đất Theo kết quả nghiên cứu của Trung Quốc yêu cầu chấtlượng đất đắp nền đường đắp đường sắt cao tốc như bảng 2-14

Tiêu chuẩn độ chặt phía dưới nền đắp đường sắt cao tốc

2.7 Điều kiện móng nền đường sắt cao tốc

Kinh nghiệm xây dựng đường sắt hiện đại chỉ rõ, nền móng để nâng đỡ nềnđắp không cho phép xẩy ra phá hoại, cũng không cho phép xẩy ra lượng lún quá dưthừa và suất tốc độ lún quá lượng theo yêu cầu sử dụng thích hợp Tiêu chuẩn thiết

kế từ trước đây, chỉ xét tới yêu cầu về cường độ của nền móng, tức là không cho

phép xẩy ra nền móng phá hoại, mà đối với yêu cầu về biến dạng thì không coi trọng.Nền đường lún là hiện tượng hư hỏng chủ yếu của nền đường sắt, ngoài nguyên nhângây ra do độ chặt đắp đất chưa đủ, cũng còn không ít là do nguyên nhân đáy móngbiến dạng gây ra Đối với nền móng nền đường sắt cao tốc, ngoài yêu cầu về cường

độ, còn yêu cầu về điều kiện biến dạng Lún dư thừa quá lượng và suất tốc độ lúnquá lớn gây ra vấn đề khối lượng công việc về duy tu bảo dưỡng tuyến đường và cảntrở chạy tầu

Nhiều nước đối với nền móng nền đắp đề ra yêu cầu về cường độ và chất đất,không phù hợp phải tiến hành xử lý Căn cứ vào điều kiện tầng địa chất phương phápthông dụng là sử dụng đầm rung và phương pháp gia cố thay đất Khi cao độ nền đắp

 2m đáy móng 0,5m phải đáp ứng yêu cầu quy định, nếu không thoả mãn phải dùngbiện pháp đặc biệt

Quy phạm thiết kế nền đường sắt cao tốc đề ra điều kiện đất móng phạm vi25m dưới đáy móng nền đường sắt cao tốc phải thoả mãn bảng 2-16

Đối với chiều cao nền đắp < 3m ngoài thoả mãn bảng 2-11 hoặc 2-13 và 2-14,còn phải thoả mãn yêu cầu bảng 2-16 Đồng thời lòng nền không kẹp tầng đất mềmyếu (tức là lớp đất PS < 1.5MPa hoặc [] < 0.18MPa), nếu không phải sử dụng biệnpháp cải tạo đất nền móng hoặc gia cố

Điều kiện đất móngtheo yêu cầu của nền đắp đường sắt cao tốc

Bảng 2.16

Loại đất đá Tên đất đá Điều kiện móngnền đường

Đất đá dăm Đất đá hòn, đất đá dăm,

Cát cuội, cát khô Không điều kiệnĐất cát

Cát vừa, cát nhỏ PS > 5MPa hoặc N > 10

Q3 đất sét cát, đất sét Không điều kiện

Q4 đất cát sét PS > 1MPa hoặc N > 4

1P0.8 hoặc 4N2Đất sét (đất hạt nhỏ)

Q4 đất sét cát, đất sét PS < 0.8MPa hoặc N < 2

2.8 Trị số khống chế và biến dạng của nền đường sắt cao tốc

Do tính thuận bằng phẳng của tuyến đường sắt cao tốc đề ra yêu cầu rất cao,bởi thế biến dạng của nền đường – nền móng đường ray trở thành nhân tố chủ yếukhống chế trong thiết kế đường sắt cao tốc.

Biến dạng nền đường chủ yếu bao gồm 3 phương diện:

1 Lún tích luỹ của lòng nền đường do giai đoạn khai thác chạy tầu gâynên

2 Lún đàn hồi của mặt nền đường trong lúc tầu chạy

3 Lún ép chặt của nền móng và đất đắp bản thân nền đường

2.8.1 Lún tích luỹ lòng nền đường do chạy tầu khai thác gây ra

Lún tích luỹ lòng nền đường ở giai đoạn chạy tầu vận doanh là do tải trọngđộng của đoàn tầu thông qua lòng đường truyền tới mặt lòng nền gây nên Đối vớiđường ray có đá dăm của nền đường đất thông thường, loại lún này có thể xử lýthông qua nâng đường điều chỉnh Loại lún này là một quá trình lún tích luỹ, làm chođoàn tầu chạy an toàn và bảo trì cảm giác dễ chịu của khách ngồi tầu, cần thườngxuyên tiến hành tác nghiệp duy tu đường ray Bởi thế trị số giới hạn của lượng lúntích luỹ tương đối lớn, nó có quan hệ đến hình thức duy tu và chi phí duy tu Căn cứvào tư liệu của Nhật Bản trị số tổng giới hạn chừng 50mm, tương đương đường kínhmột hòn đá dăm Đối với đường sắt tấm bản bê tông, tổng lượng lún cho phép 3cm(bao gồm nén chặt tự trọng đất đắp và lún đất móng), đó là do khả năng lượng điềuchỉnh của kết cấu đường sắt tấm bản bê tông quyết định

Hình 2-9 Cường hoá kết cấu lòng nền (Nhật)

Trên thực tế nền đường sắt cao tốc không cho phép xuất hiện lún tích luỹ độtbiến Lún tích luỹ chủ yếu xẩy ra ở bộ phận lòng nền đường chịu tải đoàn tầu, đặc

biệt là lớp mặt lòng nền tức là lớp chịu lực hoặc lớp chịu tải Yêu cầu đối với lớp mặtlòng nền đường là cường độ cao, độ cứng lớn, lại có tính đàn hồi thích hợp đồng thờicần có tính ổn định và tính bền vững, làm cho thi công ở mùa ẩm ướt, có thể chịuđược tải trọng toa xe chở nặng nén ép mà không hình thành vết lõm

Bởi thế các nước cố gắng tìm ra một loại kết cấu lòng nền hợp lý Cường hoákết cấu lớp mặt lòng nền đường của đường sắt Nhật Bản như hình 2-9 Còn sử dụngloại kết cấu lớp mặt lòng nền là cấp phối đá dăm hoặc cấp phối cát đá cuội như hình2-10

Hình 2-10 Kết cấu lớp mặt nền đường sắt cao tốc.

2.8.2 Biến dạng đàn hồi của nền đường khi tầu chạy cao tốc

Dưới tác dụng của tải trọng đoàn tầu, biến dạng của nền đường gồm có biếndạng dẻo và biến dạng đàn hồi

Biến dạng đàn hồi là khi tầu tốc độ cao chạy qua, tải trọng động đoàn tầu tácdụng rất nhanh gây ra Nó chủ yếu gây ra ở bộ phận lòng nền đường, nhất là lớp bềmặt lòng nền đường Biến dạng đàn hồi của nền đường phản ánh trên mặt đỉnh ray.Biến dạng đàn hồi lớn, tốc độ tầu không thể nâng cao Xác định trị số khống chế biếndạng đàn hồi cần xét tới hai nhân tố:

1) Lớp mặt lòng nền không xẩy ra phá hoại kết cấu

2) Do biến dạng đàn hồi lớp mặt lòng nền dẫn tới biến dạng đàn hồi lớp mặtđỉnh ray (độ võng đường ray) phải thoả mãn yêu cầu an toàn và dễ chịu của tầu chạytốc độ cao

Một khi đã xác định được điều kiện kỹ thuật của kết cấu tầng trên và nền đádăm, thì ảnh hưởng nhân tố đến biến dạng đàn hồi ray là nền đường Trị số biến dạngđàn hồi nền đường quyết định bởi độ cứng nền đường, chỉ tiêu biểu tượng của độcứng động nền đường là hệ số biến dạng đàn hồi động Nó là một trong tham số chủyếu của toàn bộ đặc trưng động lực học thẳng đứng của hệ thống ray bánh xe, quyếtđịnh bởi hàm lượng nước và độ đầm chặt của vật liệu Độ cứng của nền đường phảnánh chất lượng của nền đường, khi xác định yêu cầu chất lượng của nền đường cầnđặt nền đường trong toàn bộ hệ thống kết cấu ray bánh xe để nghiên cứu Bởi thế cầnxét tới 3 phương diện của vấn đề

1) Thông qua tính toán và phân tích động lực học phán đoán độ cứng của nềnđường, liệu có đủ đáp ứng yêu cầu về tính dễ chịu khi ngồi tầu và an toàn của chạytầu tốc độ cao

2) Độ cứng của nền đường hoặc tương ứng trị số khống chế biến dạng đàn hồi 3) Khi lớp mặt lòng nền sử dụng kết cấu đặc biệt (ví như lớp bê tông nhựa củaNhật Bản), thì khống chế biến dạng đàn hồi như thế nào, để không vì kết cấu lớp mặtnứt nẻ mà phá hoại Sau khi đã giải quyết 3 vấn đề trên, tiến hành căn cứ kết quảthực nghiệm của quan hệ giữa hàm lượng nước, độ chặt của đất và cường độ, mô đun

biến dạng của vật liệu nền đường, đề ra yêu cầu khống chế chất lượng vật liệu đắpnền đường.

Mô đun đàn hồi

d

d r

d– hệ số rỗng đàn hồi hướng trục

Xác định mô đun đàn hồi nói chung căn cứ vào thực nghiệm 3 trục gia tải trùngphục

Giáo sư Selig (nước Mỹ) đã nghiên cứu quan hệ đặc biệt giữa áp lực chênh và

mô đun đàn hồi Mr = k.d đối với đất đắp hạt nhỏ đầm chặt qua nhiều thực nghiệm

và số liệu về các loại đất sét đắp nền, qua phân tích đề ra 3 công thức:

RmL = 0.98 – 0.28(-opt) + 0.029(-opt)2 (2-2)

RmL = 0.96 – 0.18(-opt) + 0.067(-opt)2 (2-3)

Mr = RmLMr(opt) (d không đổi)hoặc Mr = RmLMr(opt) (công đầm nén không đổi) (2-4)Căn cứ công thức trên có thể đánh giá trị số mô đun đàn hồi của các loại vậtliệu đắp đất sét ở mọi trạng thái áp lực và mọi trạng thái vật lý Trị số khống chế củabiến dạng đàn hồi nền đường sắt cao tốc của nước ngoài

Nhật Bản xác định trị số giới hạn biến dạng đàn hồi nền đường là 2,5mm, doxét đến bảo đảm kết cấu cường hoá lòng nền không bị nứt nẻ Nếu chỉ xét tới ổn địnhcủa lòng đường và xét tới giảm thiểu di động ngang của đá dăm thì cho rằng cầnkhống chế 4mm là được Như thế nếu bề dày lớp đá dăm lớn chất lượng đá dăm tốtthì biến dạng đàn hồi của lòng nền ảnh hưởng tới lòng nền tương đối nhỏ, trị số chophép có thể lớn Ngoài ra nền đá dăm không ổn định thì khối lượng công việc duy tutăng Đường sắt cao tốc không cho phép duy tu bận rộn Bởi thế xác định trị số biếndạng còn xét tới nhân tố khả năng duy tu bảo dưỡng, chi phí và công nghệ duy tutuyến đường Từ quan điểm bảo trì kiến trúc tầng trên ổn định, giới hạn cho phépbiến dạng đàn hồi nền đường là 4mm

kế Người ta quan tâm là lún sau hoàn công

Khống chế của lún sau hoàn công chủ yếu xét tới 2 nhân tố:

1) Sự gia tăng của khối lượng công trình và chi phí duy tu, tức là quan hệ giữađầu tư thời kỳ đầu và đầu tư thời kỳ sau

2) Lún quá lớn (thực tế là không đồng đều) ảnh hưởng tới kết cấu đường sắt vàđiều kiện thoát nước mặt nền Lượng lún quá lớn biểu thị đầm nén chặt đất chưa đủ,cường độ thấp, dễ sinh ra hình thành biến dạng không đều Lún quá lớn còn gây raphá hoại điều kiện thoát nước ngang mặt nền đường, để xác định một tiêu chuẩnkhống chế làm căn cứ thiết kế, cần căn cứ vào tư liệu của nước ngoài và số liệu đothực tế phân tích phạm vi trị số lún của đất đắp

Trị số khống chế lún nén chặt đất đắp nền đường sắt cao tốc được tính toán nhưsau:

1) Lượng lún sau khi đắp đất nền đắp – Khi nền đắp là đất hạt thô, đất đá dăm,lượng lún sau khi đắp đất nền đắp là 0.1% ~ 0.3% của chiều cao nền đắp, nói chungchiều cao nền đắp đường sắt cao tốc từ 3 ~ 7m Lượng lún nén chặt đất đắp nền đắpchừng 0.5 ~ 2.2Cm, tương đương 0.3% chiều cao nền đắp Khi xây dựng nền đắp làđất hạt nhỏ, lượng lún sau hoàn công là 0.3 ~ 0.5% của chiều cao đất đắp

2) Tính lượng lún ở móng nền - Đối với nền móng là các loại đá gốc, đất đádăm, đất đá hòn, đất cát và đất móng là đất sét có Ps > 1.5MPa hoặc [] > 0.18 MPa,nói chung đều không tính lượng lún Nền móng đất sét ngoài đất ở trên, đặc biệt lànền móng đất yếu, đều phải tiến hành tính toán lượng lún Tính toán lượng lún tổng

bề dày tầng ép co theo áp lực phụ bằng 0.1 áp lực tự trọng để xác định

Tổng lượng lún của đất móng gồm lún cố kết và lún tức thời Lún cố kết sửdụng phương pháp tính phân tầng tổng hợp, lún tức thời tính theo lý thuyết đàn hồi.3) ảnh hưởng và suất tốc độ lún nén chặt đất đắp nền đường

Khi thiết kế nền đường, lượng lún dự trữ là căn cứ và tổng lượng lún ở mặt nềnđường để xác định Trên thực tế trong tổng lượng lún nén chặt của đất đắp, có mộtphần tương đối lớn là đã hoàn thành trong quá trình thi công còn một phần lún sauthi công rất nhỏ Bởi vì hiện nay vẫn chưa có phương pháp dự tính lún sau hoàn côngcủa nén chặt đất dắp nền đường, phần lớn là công thức kinh nghiệm rất sơ sài, để cóthể đánh giá tương đối thực tế, ta khảo sát số liệu công trình nền đường sắt cao tốccủa Nhật Bản, thì phần lún nén chặt đất hoàn thành trong thi công khoảng 70 ~ 80%,hoặc có thể cho rằng lượng lún sau hoàn công chiếm 1/3 Xét từ trị số tổng lượnglún, lượng lún lớn nhất sau hoàn công chỉ khoảng 1cm Ngoài ra có nhiều tư liệu chỉ

rõ, lượng lún sau hoàn công đại thể hoàn thành trong 1 năm Do đó cho rằng đối vớicông trình nền đường không thể gây ra ảnh hưởng lớn, hoàn toàn có thể thông quaxếp đặt hợp lý thiết kế tổ chức thi công để giải quyết vấn đề đó

Câu hỏi ôn tập chương 2

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