Công Nghệ Đường Sắt - Xây Dựng Nền Đường Sắt Phần 2 pdf

Kiểm toán bằng phương pháp cung tròn phân mảnh hình 1-19 là giả ñịnh khối di ñộng trượt ABC là một khối thống nhất, theo mặt cung tròn giả thiết AB làm cả khối di ñộng trượt hướng xoay q

Hình 1-16 Loại hình mặt cắt

nền đắp dùng các loại vật liệu khác nhau

1.3.2 Hình dạng ta luy và độ dốc mái nền đắp

Hình dạng mái dốc nền đắp và độ dốc mái ta luy nền đắp, căn cứ vào tính chất

cơ vật lý của vật liệu đắp, chiều cao ta luy, tải trọng đồn tầu và điều kiện địa chất cơng trình để quyết định

Khi điều kiện của mĩng đất, cao độ ta luy khơng lớn hơn phạm vi của (bảng 9) thì hình dạng của ta luy thiết kế cho phù hợp

Phần dưới (m)

Tồn bộ (m)

Phần trên (m)

Phần dưới (m)

Hình dạng ta luy

20 - - 1: 1, 5 - - Hình

thẳng

Khi vật liệu đắp sử dụng đá hịn khơng dễ bị phong hố đường kính lớn hơn 25mm, ta luy đắp khơ thì độ dốc ta luy căn cứ vào tình hình cụ thể để quyết định, khi vật liệu đắp là đá mềm dễ phong hố thì độ dốc của ta luy nên căn cứ vào chất đất sau khi phong hố của ta luy để tính tốn

Khi chiều cao ta luy lớn hơn giá trị trong (bảng 1-9), thì hình dạng và độ dốc của ta luy ở phần dưới thoải ra, nên căn cứ vào sự phân tích ổn định của tính chất vật liệu để tính tốn quyết định, hệ số an tồn ổn định nhỏ nhất là 1, 15 ~ 1, 25 thì hình dạng ta luy nên sử dụng hình bậc thang

Ngồi chân ta luy của nền đắp nên thiết kế đường bảo hộ tự nhiên cĩ độ rộng khơng nhỏ hơn 2m, tại những đoạn ruộng đất tốt, khu cây trồng kinh tế để đảm bảo

sự ổn định của nền đắp cĩ thể đặt đường bảo hộ bề rộng khơng nhỏ hơn 1m hoặc xây tường chắn chân dốc

1.3.3 Thiết kế nền đắp

Trong cơng trình nền đắp, khi điều kiện mĩng và chọn vật liệu đắp thân nền đắp với yêu cầu đầm nén chặt so với yêu cầu ở (bảng 1-9) khơng phù hợp thì thiết kế dốc ta luy nên tiến hành kiểm tốn tính ổn định của dốc ta luy để thiết kế, để đảm bảo

sự ổn định của nền đắp và hợp lý về kinh tế cho cơng trình

Nền đường sắt là cơng trình kéo dài theo tuyến đường, trong phạm vi tương đối dài cĩ thể coi ứng suất, biến dạng đều song song với mặt cắt ngang nền đường và khơng thay đổi về độ dài Do vậy, phân tích sự ổn định của ta luy cĩ thể xử lý theo mặt phẳng

1.3.3.1 Tính ổn định của ta luy

Dưới tác dụng của tải trọng động đồn tầu, trọng lượng kết cấu tầng trên, trọng lượng khối đất và các nhân tố tự nhiên, đặc biệt sự thay đổi của điều kiện thuỷ văn, khí hậu, sẽ làm cho cường độ chống cắt của đất ở nền đường giảm xuống, cũng cĩ thể làm cho hàm lượng nước tăng lên, dẫn đến khối đất ta luy nền đường di động trượt, làm cho nền đường bị phá hoại

Tính ổn định của ta luy nền đường khơng chỉ quyết định bởi tác dụng của nhân

tố bên ngồi của đất nền đường mà cịn quyết định bởi thiết kế ta luy cĩ hợp lý, chính xác khơng Do vậy, thiết kế ta luy nền đường là một hạng mục cơng việc rất quan trọng trong cơng trình nền đường, đặc biệt nền đường tải trọng trục lớn, tốc độ cao Căn cứ vào điều tra và phân tích, hình thái phá hoại của ta luy nền đường trong loại đất đều là cát mà hàm lượng hạt đất dính tương đối ít, thì hình dạng mặt di động trượt của nĩ gần với mặt phẳng Trong đất cĩ sét dính mang tính đồng nhất và trong cát bột nhỏ bão hồ hoặc thấm ướt, mặt di động trượt gần giống mặt trụ trịn, chất đất nền đường cĩ mặt mềm yếu như mặt nước ngầm ngấm ướt hoặc mặt tiếp xúc đất đá xuất hiện mặt di động trượt mà hình dạng khơng quy định Do vậy nền đường cĩ thể coi là cơng trình xây dựng bằng đất dạng kéo dài vơ hạn trên mặt đất, cho nên phân tích tính ổn định của nền đường cĩ thể coi là xử lý vấn đề mặt phẳng

Trong mặt phẳng và mặt di động trượt trụ trịn, kiểm tốn ổn định của ta luy nền đường là căn cứ vào cường độ chống cắt của khối đất ta luy, đối với ta luy được thiết kế, mỗi mặt di động trượt giả định đều cĩ khối đất trượt tương ứng, sau đĩ phân tích tác dụng của nhân tố trượt và chống trượt của khối di động trượt giả thiết, lấy giá trị K là hệ số ổn định Trong rất nhiều khối đất trượt được giả thiết, tìm được giá trị

K nhỏ nhất tức là KMin, xem xét giá trị KMin cĩ đáp ứng được giá trị quy định độ dốc 1/m để thoả mãn tính ổn định của ta luy được thiết kế Nếu giá trị KMin nhỏ hơn giá trị quy định thì thấy rằng tính ổn định của ta luy được thiết kế là khơng đủ, nên thay đổi thiết kế ta luy để đáp ứng được hệ số ổn định cho phép [K] Nếu giá trị KMin lớn hơn giá trị cho phép rất nhiều thì thấy rằng độ dốc của ta luy thiết kế quá bằng phẳng, nên dốc hơn thì mới đảm bảo kỹ thuật

1 Phương pháp kiểm tốn mặt trượt ta luy là mặt trượt phẳng

Gĩc ma sát trong của đất ϕ, lực dính kết C, (hình 1-17)

Hình 1-17 Sơ đồ kiểm tốn

mặt trượt ta luy là mặt trượt phẳng đất cát

Theo hướng dọc lấy 1m dài nền đắp để phân tích tính ổn định Qua điểm A cĩ thể làm rất nhiều mặt trượt giả định, lấy mặt trượt AB làm ví dụ Phân tích tính ổn định của khối đất ABCDEFGHA di động trượt Trọng lượng của khối đất là Q, trọng lượng này bao gồm tải trọng đồn tầu, kết cấu tầng trên cho 1m dài và trọng lượng của chính khối đất

Trọng lượng khối đất Q là:

α

βαγ

γω

sin

sin 2

=

Q (1-8) Tồn bộ tải trọng của khối đất trượt là:

o

l h Q

Q0 = +γ 0.Trong đĩ:

L – chiều dài mặt trượt (m);

l0 – chiều rộng của cột ñất tính ñổi (m);

h0 – chiều cao cột ñất tính ñổi (m);

C – lực dính kết của ñất (kPa);

α - góc nghiêng của mái ta luy so với mặt phẳng nằm ngang;

β - góc nghiêng của mặt phẳng trượt so với mặt phẳng nằm ngang Vậy toàn bộ tải trọng của khối ñất là:

0 0 0

0

sin

sin 2

1

Trên mặt trượt sinh ra lực ma sát N.tgϕ, lực dính kết là C.L, lực di ñộng trượt

là T, và lực chống trượt là T’ cùng phương ngược chiều với T:

T’ = N.tgϕ = Q0.f cosβ Trong ñó:

sin

cos

0

0

Q

L C tg Q

K

T

L C tg N K

có thể dùng phương pháp nửa ñồ thị ñể tìm ñược do các góc nghiêng β1; β2; β3 và các hệ số ổn ñịnh tương ứng tính ñược K1, K2, K3, căn cứ kết quả Ki vẽ thành ñường cong K = f (β), (hình 1-18) Vẽ một ñường thẳng tiếp tuyến với ñường cong và song song với trục nằm ngang một góc β Từ tiếp ñiểm vạch một ñường thẳng và giao nhau với trục β là β0; β0 là góc nghiêng nguy hiểm nhất ðộ dài ñoạn vuông góc này chính là hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất KMin

Hình 1-18 Hình vẽ từ đường cong K = f (β) để xác định K Min

Trị số KMin và β0 cĩ thể dùng phương pháp dưới đây tìm được vì K = f(β) khi K là trị nhỏ nhất K0 cĩ thể đạo hàm bậc nhất K theo β bằng 0

;0

=β

Tức là cĩ thể tìm được gĩc nghiêng nguy hiểm nhất β = β0 và hệ số ổn định nhỏ nhất tương ứng KMin Nếu đất cát tinh khiết cĩ hệ số C = 0 thì cĩ thể tìm được:

2 Tính tốn ổn định của ta luy bằng phương pháp phân mảnh cung trịn

Khi chất đất ta luy của nền đắp hoặc đào là đất nguyên sét, đồng nhất Do ta luy quá dốc mà hình thành mặt di động trượt thường gần giống hình trụ trịn, trên mặt cắt ngang gần giống dạng cung trịn phù hợp với thực tế của cơng trình Cho nên cần phải phán đốn ta luy được thiết kế cĩ phải quá dốc để sinh ra di động trượt hay khơng, cĩ thể dùng phương pháp mặt di động trượt trụ trịn đối với ta luy của nền đắp hoặc nền đào được thiết kế để tiến hành kiểm tốn tính ổn định Trong phương pháp cung trịn thường dùng phương pháp phân mảnh của tác giả (Fellenius) đưa ra làm phương pháp cơ bản để phân tích tính ổn định của ta luy đất sét (hình 1-19)

Hình

1-19 Sơ đồ kiểm tốn bằng

phương pháp cung trịn phân mảnh

Kiểm toán bằng phương pháp cung tròn phân mảnh (hình 1-19) là giả ñịnh khối di ñộng trượt ABC là một khối thống nhất, theo mặt cung tròn giả thiết AB làm

cả khối di ñộng trượt hướng xoay quanh tâm tròn O hướng di ñộng xuống dưới, ñiều kiện của di ñộng trượt theo mặt di ñộng trượt có thể dùng giá trị K là tỷ lệ giữa lực chống trượt và lực di ñộng trượt, tức là:

MY – lực chống trượt ngăn cản khối ñất di ñộng trượt men theo mặt

di ñộng trượt AB, sản sinh ra một mô men lực;

M0 – lực di ñộng trượt do khối ñất di ñộng trượt men theo mặt di ñộng AB sản sinh ra một giá trị mô men lực;

K – hệ số ổn ñịnh

- Nếu K > 1 thì giá trị lực chống trượt lớn hơn giá trị lực di ñộng trượt, khi ñó

ta luy là ổn ñịnh, mặt di ñộng trượt và khối ñất di ñộng trượt sẽ không sản sinh;

- Nếu K < 1 thì khối ñất di ñộng trượt, giả thiết sẽ phát sinh và di ñộng trượt hướng xuống dưới;

- Nếu K = 1 thì khối ñất di ñộng trượt sẽ ở trạng thái giới hạn

Trên thực tế do khối ñất di ñộng trượt giả ñịnh theo mặt cung tròn, với khối trượt di ñộng là một thể thống nhất, chỉ tiêu cường ñộ của ñất ñược sử dụng trong kiểm toán không thể hoàn toàn phản ánh tình hình thực tế, tính ñến lượng dự trữ an toàn nhất ñịnh, giá trị KMin nhỏ nhất của hệ số ổn ñịnh ta luy nền ñáp ứng giá trị quy ñịnh trong khoảng 1,15~1,25 Nếu như dốc ta luy của thiết kế có khả năng ñáp ứng một yêu cầu này thì cho rằng ta luy ổn ñịnh

Khi dùng mặt trượt cung tròn giả thiết tiến hành kiểm toán ổn ñịnh ta luy ñể tính giá trị MY và M0 như sau:

Theo hướng dọc tuyến ñường, cứ 1m dài lấy khối ñất nền ñắp làm ñơn vị tính toán, giả ñịnh trượt tròn qua ñiểm A và B trên mặt cắt và vị trí cung tròn di ñộng trượt ñược giả ñịnh, lấy khối ñất di ñộng trượt chia thành nhiều ñường thẳng ñứng, khoảng cách các ñường thẳng thông thường không quá 2 ~ 4m, ñối với chỗ gẫy khúc ñường viền mặt cắt ngang nền ñường hoặc ñiểm thay ñổi tính chất ñất, giao ñiểm của

vị trí mạch nước ngầm và cung tròn cần tiến hành phân mảnh, ñường phân ñược càng dày thì kết quả tính toán càng chính xác Giữa các ñường thẳng ñứng phân mảnh ñược giả thiết không truyền ứng suất cho nhau, thông qua trọng tâm các mảnh ñất sẽ chia trọng lượng mảnh ñất Qi tác dụng lên trên mặt trượt có thể chia thành phân lực pháp tuyến Ni thẳng góc với mặt trượt và phân lực hướng tiếp tuyến Ti là:

Ni = Qi cosαi

Trong ñó:

αi – góc kẹp giữa ñường tiếp tuyến ở giao ñiểm trên mặt trượt với ñường thẳng ñứng qua trọng tâm miếng thứ i và mặt nằm ngang; Lấy các lực của các mảnh tác dụng trên ñoạn cung trượt tròn tương ứng, tức là Nitgϕ; CiLi và Ti phân biệt nhân với cánh tay ñòn thì ñược lực chống trượt chuyển ñộng quanh tâm tròn ΣMY và lực trượt M0 tức là:

M0 = ΣMi0 = R ΣTi

MY = ΣMiY = R ( ΣNi tgϕi + ΣCi Li + ΣTi’ ) = R ( Σfi Ni + ΣCi Li + ΣTi’ ) Vậy hệ số ổn ñịnh K:

i

i i i i i i

iY

T

T L C N f M

M K

Σ

Σ+Σ+Σ

=Σ

di ñộng trượt thành mô men lực chống trượt

Từ công thức trên có thể thấy ΣMiY càng lớn, khối ñất ta luy càng ổn ñịnh, khi

mô men lực chống trượt của khối trượt giả thiết không ñủ ñể ngăn cản giá trị mô men lực trượt thì có thể làm thoải giá trị ñộ dốc của ta luy, làm cho giá trị mô men trượt nhỏ hơn giá trị mô men chống trượt ñể ñáp ứng yêu cầu ổn ñịnh của ta luy

Khi dùng phương pháp mặt trượt cung tròn ñể kiểm toán tính ổn ñịnh của ta luy, cần phải tìm ñược vị trí mặt trượt cung tròn nguy hiểm nhất hình thành trong nền ñắp và tìm ñược quy luật của ñiểm tâm tròn tương ứng với vị trí hình thành mặt trượt cung tròn nguy hiểm nhất Do sự hình thành mặt trượt cung tròn cùng với rất nhiều nhân tố có liên quan khác, vì thế cần phải tìm ra một số quy luật ñể giảm nhẹ việc tính toán Theo kinh nghiệm có thể thấy rằng, trường hợp nền ñắp thông thường tâm tròn của cung trượt tròn nguy hiểm nhất và vị trí cung tròn có những quy luật dưới ñây

Sự hình thành cung tròn trượt nguy hiểm nhất có mối quan hệ mật thiết với tính chất vật liệu ñắp thân nền ñắp, hình dạng và ñộ dốc của ta luy, ñiều kiện của móng Khi lực chịu tải của móng yếu bao gồm cường ñộ của móng thấp và cường ñộ vật liệu ñắp thân nền móng, thì cung tròn nguy hiểm nhất nền ñắp thường cắt vào trong móng, mặt di ñộng trượt cung tròn có thể xuất hiện ở ngoài chân dốc, cung tròn này gọi là cung tròn ñáy ta luy Khi móng ổn ñịnh kiên cố, ñầu mút dưới của cung trượt tròn thường xuất hiện tại chân ta luy, cung tròn này gọi là cung tròn dốc, ñối với nền ñắp, thường giao ñiểm của ñường biên sườn ngoài của cột ñất tính ñổi với mặt nền ñường làm ñiểm mút (ñầu tà vẹt) ñiểm mút của cung tròn nguy hiểm có khả năng di chuyển vào phía trong cột ñất tính ñổi (ñiểm tim nền ñường), cũng có thể di chuyển ra phía ngoài vai ñường (mép ngoài của vai ñường), cho ñến phần trên ta luy dưới mép ngoài vai ñường, nó có quan hệ với tính chất của vật liệu ñắp và ñộ cao

thân nền ñắp Khi cường ñộ vật liệu ñắp tương ñối cao thì ñiểm mút của cung tròn nguy hiểm nhất của nền ñường tuyến ñôi sẽ di chuyển vào phần giữa hai tuyến Nhưng khi cường ñộ vật liệu ñắp tương ñối thấp, ñiểm mút của cung tròn nguy hiểm vẫn có thể xuất hiện ở vị trí bộ phận giống như nền ñắp ñường ñơn Bán kính của cung tròn nguy hiểm và móng tốt có quan hệ với tính chất vật liệu ñắp nền ñắp

Vị trí tâm tròn của cung tròn nguy hiểm nên tương ứng với vị trí bộ phận xuất hiện vị trí cung tròn nguy hiểm, trong kiểm toán ổn ñịnh nền ñắp, dưới ñiều kiện ta luy ñơn giản, ñường hỗ trợ của tâm tròn nguy hiểm có thể gần với mép ñỉnh của cột ñất tính ñổi làm một mặt phẳng, vẽ ñường với mặt phẳng này một góc 360 thì có thể cho rằng khi nền ñắp di ñộng trượt, tâm tròn của hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất ñường này gọi là ñường hỗ trợ của tâm tròn nguy hiểm nhất (hình 1-20)

Nhờ vào ñường hỗ trợ của tâm tròn nguy hiểm nhất, dùng phương pháp kiểm toán bên trên có thể tìm ra ñường hỗ trợ bốn hệ số ổn ñịnh tương ứng các tâm tròn O1, O2, O3, O4 (hình 1-21), dùng cùng một tỷ số kích thước vẽ ñường thẳng với tâm tròn K1, K2, K3, K4, nối bốn ñiểm thành ñường cong K, vẽ ñường tiếp tuyến với ñường cong K và song song với ñường hỗ trợ, ñiểm tiếp xúc vuông góc với ñường hỗ trợ tâm tròn, ñộ dài của nó chính là KMin Giao ñiểm O trên ñường hỗ trợ tâm tròn chính là tâm tròn của cung nguy hiểm nhất, (hình 1-21)

a: NÒn

ñào; b: Nền ñắp

Hình 1-20 ðường hỗ trợ tâm tròn

Hình 1.21 Phương pháp xác ñịnh hệ số ổn ñịnh nhỏ nhất K Min

Dùng phương pháp phân mảnh cung tròn ñể kiểm toán sự ổn ñịnh của ta luy,

có thể ñạt ñược trị số chính xác ứng dụng, vậy nó là một phương pháp tính toán ñược

sử dụng rộng rãi, xong về mặt lý thuyết vẫn chưa ñược hoàn thiện Ví dụ, khối ñất trên mặt cung tròn di ñộng trượt là khối thống nhất di ñộng trượt, ñem khối ñất trên mặt di ñộng trượt cung tròn phân thành nhiều mảnh, là ñể ñược trạng thái phân bố của trọng lực tác dụng của khối ñất trượt trên mặt cung tròn và là căn cứ ñể kiểm toán tính ổn ñịnh tổng thể cả khối ñất trượt Nếu trên mặt trượt có một mảnh ñất mà lực trượt xuống của nó lớn hơn lực chống trượt, thì phải làm cho khối ñất trượt bảo trì ñiều kiện của di ñộng trượt toàn khối, giữa ñường phân mảnh ñất này và mảnh ñất bên cạnh, ñiều kiện cân bằng lực sẽ thay ñổi, hình thành sự cân bằng mới không xuất hiện biến dạng cắt Trường hợp lực ở giữa các ñường phân nhánh biến ñổi, các mảnh ñất tác dụng lên trên mặt di ñộng trượt cũng sẽ thay ñổi Do vậy, khi kiểm toán tính

ổn ñịnh của ta luy nền ñường yêu cầu hệ số ổn ñịnh KMin lớn hơn hệ số ổn ñịnh ñược quy ñịnh, tức là Kmin ≥ [K], do ñó phương pháp phân mảnh cung tròn là bỏ qua lực tác dụng giữa các mảnh, không ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy trong ứng dụng công trình

Hình 1-22 Mặt cắt nền ñắp cao (m)

Ví dụ 1-1: Cho biết mặt cắt nền ñắp (hình 1-22), chiều cao ñắp H = 24m,

chỉ tiêu dung trọng của ñất là γ = 17 kN/m3, ϕ = 220, lực dính kết c = 21, 6 kPa, tâm tròn là O3, bán kính R = 55m, mặt trượt giả ñịnh là AB3 Hãy dùng phương pháp phân mảnh ñể kiểm toán tính ổn ñịnh của mặt trượt

Giải: Cung trượt tròn AB3 phân làm 11 mảnh, mỗi mảnh rộng 2m ~ 4m,

coi trọng tâm mỗi mảnh ở trên phân tuyến giữa mảnh ñó, khi tìm góc αi của các mảnh từ giao ñiểm của tuyến trọng tâm với cung tròn, làm tuyến nối tâm tròn và tuyến qua trọng tâm tròn, theo hình tam giác này tìm ñược αi Cột ñất tính ñổi có

trọng lượng ñược tính ñộc lập Kết quả tính toán xem (bảng 1-10)

Khi ñộ cao ta luy nền ñắp lớn hơn 20m, ngoài việc cần tiến hành phân tích sự

ổn ñịnh của ta luy còn căn cứ vào vật liệu ñắp, chiều cao ta luy ñể mở rộng thêm mặt nền ñường, giá trị mở rộng thêm của mỗi bên ∆b theo công thức:

Trong ñó:

∆h – tỷ lệ lún xuống ñất hạt nhỏ khoảng 0, 01 ~ 0, 02; ñất hạt to khoảng 0, 005 ~ 0, 015; ñá hòn cứng khoảng 0, 005 ~ 0, 01; ñá hòn mềm khoảng 0, 015 ~ 0, 025

Trong công trình nền ñắp, có thể gặp móng tốt, cũng có thể gặp móng phải xử

lý mới Riêng xử lý lớp bề mặt móng trên sườn dốc ổn ñịnh phải phù hợp với yêu cầu sau ñây:

- Khi dốc ngang mặt ñất nhỏ hơn 1:10, nền ñắp có thể trực tiếp xây ñắp trên mặt tự nhiên, những ñoạn ñường mà chiều cao nền ñắp nhỏ hơn ñộ dày lớp ñệm nền nên dọn sạch lớp ñất hữu cơ

- Khi dốc ngang mặt ñất là 1:5 ~ 1:2, 5 mặt ñất ban ñầu phải ñào cấp, chiều rộng mỗi cấp không nhỏ hơn 1m Khi tầng che phủ trên mặt nền ñá tương

ñối mỏng, ñầu tiên dọn sạch lớp che phủ rồi ñào cấp Khi lớp che phủ tương ñối dày và ổn ñịnh có thể giữ lại tức là trên mặt ñất ban ñầu ñào cấp rồi ñắp

- Khi mặt ñất dốc ngang 1:10 ~ 1:5 nên bóc sạch lớp vầng cỏ

Nền ñắp sườn dốc ở ñoạn dốc ngang mặt ñất lớn hơn1:2, 5 bắt buộc phải kiểm toán tính ổn ñịnh di ñộng trượt ở tầng mềm yếu dưới ñáy móng và men theo ñáy móng cả khối nền ñắp, hệ số an toàn ổn ñịnh chống trượt không ñược nhỏ hơn 1, 25 nếu không phải sử dụng ñiều kiện cải thiện ñáy móng hoặc biện pháp chống trượt xây dựng tường chắn

Bên dựa vào núi của nền ñắp sườn dốc phải ñặt rãnh thoát nước và sử dụng biện pháp gia cố chống thấm

Khi ñáy móng có mạch nước ngầm ảnh hưởng ñến tính ổn ñịnh của nền ñắp, nên sử dụng các biện pháp ngăn chặn dẫn thoát nước ra ngoài phạm vi ñáy móng hoặc ở ñáy nền ñắp xây ñắp bằng vật liệu chống thấm nước

Lớp bề mặt móng là lớp ñất rời rạc, khi trọng lượng riêng của nó nhỏ hơn giá trị quy ñịnh, nếu bề dày lớp ñất rời rạc không lớn hơn 0, 3m thì nên ñầm nén chặt bề ngoài ñất ban ñầu, nếu bề dày ñất rời lớn hơn 0, 3m thì nên ñào lật lớp ñất rời rồi phân lớp ñắp trả lại ñầm nén hoặc sử dụng các biện pháp gia cố móng khác, ñộ chặt sau khi ñầm nén phải thoả mãn các yêu cầu quy ñịnh

Lớp bề mặt móng là lớp ñất mềm yếu, khi trị số nén xuyên tiêu chuẩn N nhỏ hơn 4 hoặc chiều sâu ép tĩnh so với lực cản xuyên Ps nhỏ hơn 1MPa, nên căn cứ vào tính chất, ñộ dày, hàm lượng nước, ñộ sâu tích nước mặt ñất của tầng ñất mềm ñể

sử dụng các biện pháp gia cố móng như thoát nước phơi khô, hót ñi thay ñất ñắp bằng vật liệu ñắp ñá, sỏi, cuội cát

2 Kiểm toán ổn ñịnh trượt nền ñắp trên sườn dốc, mặt phá nứt gẫy khúc

Nền ñắp xây dựng trên mặt ñất có dốc ngang lớn hơn hoặc bằng 1:2, 5 thì gọi

là ñắp trên sườn dốc Khi mặt móng của nền ñắp trên sườn dốc là một dốc ñơn thì khả năng di ñộng trượt của nền ñắp sẽ men theo mặt dốc dùng phương pháp mặt trượt phẳng nghiêng ñể trực tiếp xác ñịnh, lúc này góc nghiêng α của mặt trượt phẳng sẽ bằng góc dốc i Khi mặt ñất dốc mấp mô nhưng phía dưới có lớp cứng nghiêng xuống có thể theo tình hình mặt dốc, phân một bộ phận của ñất mặt dốc thành thân nền ñắp, kiểm toán tính ổn ñịnh cả khối của nó khi xây dựng nền ñắp Trong tính toán góc nghiêng lấy chỉ tiêu tính toán của ñất trên mặt lớp cứng mà chỉ số c, ϕ lấy của tầng cứng Khi mặt ñất mấp mô phía dưới không có tầng cứng hoặc góc nghiêng mặt tầng cứng rất nhỏ thì theo mặt trượt gẫy khúc hình thành mặt dốc ñể kiểm toán tính ổn ñịnh của ñáy nền ñắp Phương pháp mặt phá nứt gẫy khúc (hình 1-23)

Mặt trượt gẫy khúc lấy khối ñất trên mặt ñường gẫy khúc phân thành miếng, như vậy khi kiểm toán, trước tiên nên theo trọng lượng Qi của phần miếng nền ñắp trên ñoạn cần tính và theo góc dốc αi của các ñoạn, tính toán phân lực trọng lượng Qi của miếng ñất, phân lực trượt xuống Ti = Qi.sinαi; phân lực pháp tuyến Ni = Qi.cosαi

Do ñoạn dài li, ci của các ñoạn mặt phá nứt và giá trị ϕi có thể tìm ñược tính

ổn ñịnh của mỗi phân miếng nền ñắp là:

Ti - Nitgϕi – ci li (1-18)

Hình 1-23

Nền ñắp trên

sườn dốc mặt vỡ nứt ñường gẫy khúc

ðể nền ñắp trong kiểm toán có hệ số ổn ñịnh quy ñịnh giá trị K, có thể lấy lực trượt xuống Ti tăng thêm thành K.Ti, hoặc lấy tgϕi và ci giảm ñi K lần, tức là

KT1 – ( N1tgϕ1 + c1 l1 ) = E1 (1-19) Công thức (1-19) là của mảnh thứ nhất, có thừa ra lực trượt xuống E1 nên lấy E1 làm lực chống ñỡ của mảnh thứ hai Như vậy trong mảnh thứ hai, nên tính toán lực tác dụng E1 do ñoạn thứ nhất truyền xuống ñồng thời tìm lực trượt của nó hình thành trong ñoạn thứ hai và lực cản ma sát do phân lực pháp tuyến hình thành, tức là sau khi E1cos(α1 - α2) và E1sin(α1 - α2)tgϕ2 nhập vào mảnh thứ hai trở thành lực tác dụng của ñoạn thứ hai, tìm giá trị E2 ở ñiều kiện cân bằng lực ñoạn thứ hai Vậy:

E2 = KT2 + E1cos(α1 - α2) – c2l2 – [N2 + E1 sin(α1 - α2)]tgϕ2

(1-20)

Cứ làm như vậy cho các mảnh tiếp theo, ñể có ñược ñiều kiện cân bằng lực của ñoạn cuối cùng En ≤ 0, nền ñắp ổn ñịnh trên sườn dốc, ngược lại là không ổn ñịnh Trong tính toán nếu xuất hiện Ei ≤ 0 thì ñoạn thứ i và các ñoạn của khối ñất phía trước là ổn ñịnh nhưng nếu ñoạn sau cùng vẫn không ổn ñịnh thì chứng tỏ bộ phận dưới thân nền ñắp vẫn có khả năng bị phá hoại Nếu theo lực trượt xuống En thừa ra các ñoạn sau cùng ñể xem xét xử lý gia cố móng thì công thức tính En là:

En = KTn + En-1cos(αn-1 – αn) – cn ln – [Nn + En-1 sin(αn-1 – αn)]tgϕn

(1-21) Trong ñó:

En – lực ñẩy trượt của mảnh thứ n (kN/m)

K – hệ số an toàn

αn – góc nghiêng mặt trượt mảnh thứ n

αn-1 – góc nghiêng mặt trượt mảnh thứ n-1

En-1 – lực ñẩy trượt của mảnh thứ n-1

En-1cos(αn-1 – αn) – phân lực ñẩy trượt của mảnh thứ n-1, trên phương hướng mặt trượt mảnh thứ n

En-1 sin(αn-1 – αn) – lực ma sát do mảnh thứ n-1 sinh ra tác dụng lên mặt thứ n

cn – lực dính kết (kPa)

ln – chiều dài mặt trượt miếng thứ n (m)

Nếu En ≤ 0 không truyền xuống miếng sau ñó thì nền ñường ổn ñịnh, nếu là số

dương thì nền ñường sẽ bị trượt, khi ñó phải dùng biện pháp ñể ổn ñịnh nền ñường

như xây tường chắn

Kết hợp hai phần có liên quan là lực trượt xuống En-1 truyền dẫn, thì công thức

của ta luy nền ñào và lực ñẩy dốc trượt, khi kết quả tính toán En > 0 có thể xác ñịnh

ta luy nền ñào hoặc dốc trượt sẽ mất ổn ñịnh và lấy En làm căn cứ tính toán xây dựng

tường chắn

Ví dụ 1-2: Nền ñắp trên sườn dốc (hình 1-24) trọng lượng, chiều cao mặt trượt

và góc nghiêng mặt trượt của mỗi mảnh (bảng 1-11), góc ma sát giữa nền ñắp và mặt

ñất tự nhiên ϕ = 200, lực dính c = 4kPa, hệ số ổn ñịnh K = 1, 15 Hãy kiểm toán tính

ổn ñịnh của nền ñắp

Giải:

Tìm lực trượt xuống thừa ra của mảnh thứ 1 dùng công thức:

Ei = KTi - Ni f + ΨEn-1 - c.li Trong ñó:

Ti = Q

Ψ= cos(

f = tg

Việc tính ứng suất ñó có thể tiến hành theo các sơ ñồ sau:

1 Sơ ñồ hình nêm ñàn hồi

Giả thiết nền đắp là một lăng thể tam giác đàn hồi dài vơ hạn, trên đỉnh tam giác

cĩ tải trọng tập trung P0 thay thế cho tải trọng đồn tầu và trọng lượng kết cấu tầng trên (hình 1-25)

Hình 1-25 Sơ đồ hình nêm đàn hồi

Theo lý thuyết đàn hồi, ứng suất thẳng đứng tại một điểm bất kỳ trong nền đường được tính theo cơng thức sau:

×+

−

Y Z

Z P

.2

sin2

2

2 2 2

3

αα

Trong đĩ:

P0 = Pđ + PK (1-25) Với Pđ và PK là tải trọng rải đều của đồn tầu và kết cấu tầng trên trên 1m dài nền đường (kN/m)

cn

Truc d

z; y – toạ độ điểm tính tốn

α - gĩc nghiêng của ta luy với đường thẳng đứng

γ - dung trọng của đất đắp (kN/m3

)

h – chiều cao thực tế của cột đất nằm trên điểm tính tốn

2 Sơ đồ bán khơng gian đàn hồi

Hình 1-26 Sơ đồ bán khơng gian đàn hồi

Nền đường được coi là một bán khơng gian đàn hồi, giới hạn bởi mặt phẳng qua mặt nền đường và giả thiết ngồi hai mái ta luy nền đường là khơng cĩ đất Tải trọng băng chữ nhật thay thế cho tải trọng đồn tầu và tải trọng kết cấu tầng trên ứng suất tại một điểm bất kỳ trong thân nền đường được tính theo cơng thức:

σ = σđ + σK + σγ (1-27) Trong đĩ:

σđ - ứng suất do tải trọng đồn tầu gây ra

σK – ứng suất do tải trọng kết cấu tầng trên

σγ - ứng suất do tải trọng bản thân nền đường

Theo lý thuyết đàn hồi, ứng suất tại điểm M bất kỳ do băng tải hình chữ nhật gây ra (hình 1-27) được tính theo cơng thức

=−∏ 1+ 1− 2 − sin2 2

2

12

sin2

2sin2

12

sin2

1sin

β1; β2 ( hình1-27 và 1-28), lấy giá trị dương nếu quay thuận chiều kim đồng hồ (từ đường thẳng đứng), lấy giá trị âm khi quay theo chiều ngược lại

P – cường độ băng tải trọng

Hình 1-27 Sơ đồ tính ứng suất khi Hình 1-28 Sơ đồ tính ứng suất khi

tải trọng chữ nhật tải trọng tam giác

Tính ứng suất σđ theo cơng thức (1-28) thì cường độ tải trọng pđ được tính như sau:

l l

P p

P

cn d

Σ

=

) (1-30)

Các ký hiệu như trong công thức (1-26), còn l là chiều dài tà vẹt