Phân tích tác dụng của bệ phản áp lên độ ổn định của nền đường đắp theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn và khả năng giảm độ lún lệch

Đánh giá mức độ ổn định của nền đất xử lý bệ phản áp bằng phương pháp cung trượt lăng trụ tròn và sự phân bố vùng nguy hiểm theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn.. Nội dung chính của

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-š&› -

NGUYỄN QUỐC PHONG

PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA BỆ PHẢN ÁP LÊN ĐỘ

ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP THEO MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ KHẢ NĂNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2009

- -oOo -

Tp HCM, ngày tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN QUỐC PHONG Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: Ngày 26 tháng 01 năm 1975 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV: 00907779

Khoá (năm trúng tuyển): 2007

1- TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA BỆ PHẢN ÁP LÊN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG

ĐẮP THEO MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ KHẢ NĂNG GIẢM

ĐỘ LÚN LỆCH 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

2.1 NHIỆM VỤ

Đánh giá sự phân bố độ lún của nền công trình khi không có và khi có bệ phản áp, từ đó

làm rõ vai trò và chọn lựa kích thước bệ phản áp hợp lý Đánh giá mức độ ổn định của nền

đất xử lý bệ phản áp bằng phương pháp cung trượt lăng trụ tròn và sự phân bố vùng nguy

hiểm theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn Kết quả phân tích tổng hợp độ ổn định và

phân bố biến dạng cho phép chỉ ra kích thước bệ phản áp hợp lý

2.2 NỘI DUNG

Chương 1 Biện pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình đường

Chương 2 Cơ sở tính toán ổn định của công trình nền đường đắp

Chương 3 Phân tích ảnh hưởng của bệ phản áp lên độ ổn định của nền đường đắp theo

mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn và khả năng giảm độ lún lệch

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày……tháng năm 2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày……tháng năm 2009

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH

TS BÙI TRƯỜNG SƠN TS VÕ PHÁN

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp này được hoàn thành không những từ nỗ lực của bản thân học viên mà còn nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình và giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp cùng bạn bè thân hữu

Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Địa cơ nền móng đã nhiệt tình giảng dạy tất cả chúng em trong suốt thời gian qua, đồng thời đã quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong giai đoạn thực hiện Luận văn của học viên

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Bùi Trường

Sơn, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong thời gian học viên thực hiện

Luận văn và luôn quan tâm, động viên về tinh thần cũng như vật chất, giúp cho học viên có thêm tự tin để tiếp thu những kiến thức mới hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công tác sau này

Xin cảm ơn các bạn học viên cùng lớp Địa Kỹ Thuật Xây Dựng K2007, những người đã luôn kề vai sát cánh trong suốt thời gian học tập

Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động

viên, giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn

Học viên

Nguyễn Quốc Phong

THÁI GIỚI HẠN VÀ KHẢ NĂNG GIẢM ĐỘ LÚN LỆCH

trường hợp công trình nền đường đắp không ổn định Đặc biệt, trong các tình huống

xử lý sự cố nền đắp bị phá hoại do trượt trồi, biện pháp này cho thấy ưu thế vượt trội nhờ khả năng thi công khắc phục nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu về thời gian thông xe nhanh nhất Bên cạnh đó, với mục đích gia tăng tốc độ lún cố kết của nền bằng biện pháp gia tải trước, việc áp dụng bệ phản áp có ý nghĩa thiết thực cho một

số vị trí có chiều cao đắp gần bằng với chiều cao đắp giới hạn Nội dung chính của Luận văn là thông qua việc đánh giá vùng nguy hiểm theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn kết hợp với độ lún lệch ban đầu trong nền đất yếu để tính toán xác định kích thước bệ phản áp nhanh chóng và hợp lý nhằm đảm bảo điều kiện ổn định của công trình đắp cũng như khả năng làm giảm độ lún lệch của nền đất Việc tính toán được thực hiện bằng những chương trình tự thiết lập

THE SUMMARY OF THE THESIS: ANALYSIS OF EFFECT OF THE COUNTERWEIGHT ON THE STABILITY OF THE EMBANKMENT IN CONFORMITY WITH THE DEGREE OF APPROXIMATION TO THE LIMIT STATE AND ABILITY OF REDUCING THE UNEVEN SETTLEMENT

The counterweight is the first proposed method used for sub-soil treatment, in case, embankment works is unreliable Especially, for the conditions of embankment treatment are damaged by sliding and heaving, this method indicates

an optimum advantage owing to its prompt construction ability and meets the requirement of the soonest opening time Besides, for the purpose of increasing the time for consolidation settlement of the embankment by surcharge method, the application of counterweight is greatly significant for some locations where the height of backfilling approximates to the height of limited backfilling The main contents of this Thesis are stated that through evaluation of the dangerous area complies with the degree of approximation to the limit state in coordination with the initial uneven settlement in the soft-soil ground for calculating and defining the dimension of counterweight in the prompt and appropriate manner for the purpose

of ensuring the stable conditions of the embankment works and ability of reducing the uneven settlement of the soft-soil accordingly Such calculation shall be executed by the self-prepared programs

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO 3

1.1 Các phương pháp xử lý nền 3

1.1.1 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 3

1.1.2 Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 6

1.1.3 Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không 8

1.2 Các phương pháp gia cường 9

1.2.1 Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vôi 9

1.2.2 Xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật - lưới địa kỹ thuật 13

1.3 Các phương pháp phân bố lại ứng suất 14

1.3.1 Xử lý nền đất yếu bằng đệm cát 14

1.3.2 Xử lý nền bằng bệ phản áp 16

1.4 Nhận xét và phương hướng của đề tài 22

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP 23

2.1 Độ bền sức chống cắt và một số dạng mất ổn định 23

2.1.1 Mất ổn định theo dạng phình trồi hay lún sụp của đất 24

2.1.2 Mất ổn định do nền đất yếu bị đẩy ngang 25

2.1.3 Mất ổn định theo dang trượt sâu hay trượt trồi 25

2.1.4 Các dạng tính toán ổn định của nền đường đắp trên đất yếu 25

2.2 Tính toán khả năng ổn định nền đường đắp theo khả năng chịu lực 27

2.2.1 Tính sức chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng an toàn (qat) 27

2.2.2 Tính sức chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng giới hạn (qgh) 29

2.2.3 Các phương pháp khác 31

2.3 Tính toán ổn định mái dốc nền đường đắp 33

2.3.1 Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt giả định 35

2.3.2 Tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp cân bằng giới hạn thuần tuý 39

2.4 Tính toán ổn định lún của nền đường đắp 45

2.4.1 Độ lún đàn hồi (lún tức thời) 47

2.4.2 Độ lún cố kết sơ cấp 49

2.4.3 Độ lún cố kết thứ cấp (từ biến) 51

2.5 Kết luận chương 2 54

CHƯƠNG 3 TÁC DỤNG CỦA BỆ PHẢN ÁP LÊN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP THEO MỨC ĐỘ TIẾP CẬN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ KHẢ NĂNG GIẢM ĐỘ LÚN LỆCH 55

3.1 Xác định kích thước ban đầu của bệ phản áp 58

3.2 Phân tích ảnh hưởng của của bệ phản áp lên mức độ ổn định của công trình theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn 61

3.3 Tác dụng của bệ phản áp lên sự phân bố độ lún của nền đất yếu dưới công trình đắp 67

3.3.1 Độ lún tức thời 69

3.3.2 Độ lún ổn định 71

3.4 Kết quả mô phỏng kiểm tra bằng phần mềm Plaxis 72

3.4.1 Mô phỏng giai đoạn ban đầu sau khi đắp 73

3.4.2 Kết quả mô phỏng bằng Plaxis khi đất nền đạt ổn định về cố kết thấm 76

3.5 Kết luận chương 3 80

KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 81

I KẾT LUẬN 81

II KIẾN NGHỊ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 82

III HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 1

PHỤ LỤC 2

PHỤ LỤC 3

PHỤ LỤC 4

PHỤ LỤC 5

LÝ LỊCH HỌC VIÊN

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài:

Công trình đắp là loại hình công trình phổ biến trong xây dựng cơ sở hạ tầng ở các tỉnh khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và Thành phố Hồ Chí Minh Do phổ biến lớp đất yếu trên bề mặt nên công trình đắp cao trên đất yếu có khả năng bị mất

ổn định do trượt ngang và trượt sâu Một trong những biện pháp cải tạo thường được sử dụng là bố trí bệ phản áp nhằm mục đích gia tăng độ ổn định của nền đắp

và nền đất dưới nền đắp Việc chọn lựa kích thước và vật liệu cho khối đắp bệ phản

áp hiện nay thường được căn cứ theo một số công thức kiến nghị hoặc theo kinh nghiệm

Có thể nhận thấy rằng khi có bố trí bệ phản áp, khả năng trượt trồi sẽ được hạn chế Ngoài ra, do tải trọng của khối đắp bệ phản áp, các thành phần ứng suất trong nền sẽ được phân bố lại và làm tăng khả năng ổn định của công trình Hệ số ổn định tăng lên, độ lún không đồng đều sẽ giảm thiểu, đảm bảo điều kiện làm việc của công trình

Nhằm mục đích đánh giá vai trò của bệ phản áp trong việc gia tăng mức độ ổn định và làm giảm độ lún lệch của nền đường, từ đó xác định kích thước bệ phản áp

hợp lý, an toàn và tiết kiệm, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Phân tích tác dụng của bệ

phản áp lên độ ổn định của nền đường đắp theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn và khả năng giảm độ lún lệch”

Nhiệm vụ đề tài bao gồm:

- Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu ổn định và biến dạng của đất nền dưới

nền đường đắp và các công thức áp dụng cho việc sử dụng bệ phản áp

- Đánh giá sự phân bố độ lún của nền công trình khi không có và khi có bệ

phản áp Từ đó làm rõ vai trò và chọn lựa kích thước bệ phản áp hợp lý

- Đánh giá mức độ ổn định của nền đất khi có bệ phản áp bằng phương pháp

cung trượt lăng trụ tròn và sự phân bố vùng nguy hiểm theo mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn

- Sử dụng chương trình Plaxis để mô phỏng và tính toán các đặc tính của công

trình có bố trí bệ phản áp Từ đó có thể đối chiếu và so sánh kết quả của các phương pháp tính

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu chọn lựa cho luận văn bao gồm:

- Tổng hợp lý thuyết về độ ổn định của nền đất yếu dưới công trình đắp cao

mục đích đề tài là xác định độ lún và độ lún lệch cũng như độ ổn định của nền đất yếu dưới công trình đắp

cũng nên lưu ý rằng việc tính toán xác định các thành phần ứng suất dưới tải trọng san lấp và bệ phản áp, tương ứng là chuyển vị tại vị trí bất kỳ cũng như thể hiện kết quả tính toán là công việc phức tạp và chỉ có thể thực hiện được nhờ sự trợ giúp của các công cụ tính toán hiện đại

CHƯƠNG 1 BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN

ĐƯỜNG ĐẮP CAO

Do đất yếu có khả năng chịu tải thấp, biến dạng lớn nên cần thiết phải có các biện pháp xử lý trước khi xây dựng công trình bên trên Đối với công trình đường ở Việt Nam hiện nay, các biện pháp xử lý được phân chia làm 2 nhóm chính:

kỹ thuật, đất trộn vôi, trộn ximăng, silicat Trong trường hợp này, đất nền và đất trong khối đắp sau khi được gia cường có khả năng chịu tải cao hơn, tính biến dạng giảm, từ đó độ ổn định của công trình được gia tăng và đảm bảo điều kiện làm việc của công trình Trong điều kiện thực tế ở Việt nam, các biện pháp vải địa kỹ thuật, đất trộn ximăng thường được sử dụng nhiều nhất

tải trước hoặc bơm hút chân không Trường hợp này, thời gian cố kết được rút ngắn, đất nền nhanh đạt độ lún ổn định để có thể đưa vào sử dụng công trình Ngoài ra, việc chọn lựa chiều cao đắp hay bố trí kích thước công trình hợp lý cũng có tác dụng làm thay đổi trạng thái ứng suất của đất nền, đảm bảo điều kiện làm việc ổn định Các biện pháp thường được sử dụng trong trường hợp này là: Đệm cát, làm xoải mái taluy, bệ phản áp

Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước thường

có ba bộ phận chính: lớp đệm cát, giếng cát, tải trọng tạm như hình 1.1 [5, 7, 17]

- Lớp đệm cát

+ Ngồi chức năng phân bố lại ứng suất trong đất nền do ứng suất tập trung vào lớp cát thay thế, lớp đệm cát đĩng vai trị như lớp đệm thốt nước Nước lỗ rỗng trong đất bị nén ép bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thốt hướng về giếng, từ các giếng cát nước lỗ rỗng này theo mơi trường cát trong giếng (cĩ tính thấm tốt) thốt về phía đệm cát, đệm cát dẫn nước thốt ngang và tiêu tán ra ngồi

Tải trọng tạm

Hình 1.1: nền được xử lý bằng giếng cát

- Các giếng cát

+ Thường dùng cát hạt thơ, hạt trung (cĩ hệ số thấm lớn)

+ Đường kính giếng cát thường sử dụng: 0,2~0,6 m

+ Chiều sâu giếng cát bố trí hết vùng hoạt động chịu nén của nền

+ Sơ đồ bố trí giếng cát thường cĩ hai dạng chủ yếu: lưới tam giác và ơ vuơng

S Giếng cát Vùng ảnh hưởng về thoátnước xung quanh Giếng cát

Khoảng cách lưới Giếng cát

d

1.13*S

Hình 1.2.a: sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình tam giác đều

♦ Dạng lưới hình vuơng (như trong hình 1.2.b)

d

1.05*S

S

Giếng cát nước xung quanh Giếng cátVùng ảnh hưởng về thoát

Khoảng cách lưới Giếng cát

Hình 1.2.b: sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vuơng

- Tải trọng tạm:

+ Thường dùng cát hoặc đất, nhằm tạo quá trình nén trước nền đất trước khi đặt tải trọng cơng trình

+ Chiều cao đắp (hay tải trong cơng trình) được chọn sao cho đảm bảo điều kiện

ổn định của nền đất yếu và khối đắp, phải tạo ra được ứng suất lớn hơn áp lực tiền

cố kết của nền đất, để nền đất cĩ thể cố kết

* Cĩ khá nhiều phương pháp tính tốn khác nhau cho bài tốn dự báo độ lún của nền đất yếu xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước Tổng quát lại, các giá trị cần tính tốn là:

1.1.2 Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Tương tự như giếng cát, với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi bố trí bấc thấm trong nền đất và kết hợp gia tải, nhờ tải trọng ngồi làm nước lỗ rỗng trong đất nền thấm về hướng bấc thấm rồi sau đĩ thốt nhanh theo phương đứng ra khỏi đất nền

* Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước cũng gồm ba phần chính như hình 1.3:

- Lớp đệm cát và tải trọng tạm tương tự như hệ thống xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước

Nền đất yếu dưới nền đường Bấc thấm

Hình 1.3: xử lý nền bằng bấc thấm

- Bấc thấm:

+ Quá trình thi cơng bấc thấm nhanh nếu cĩ máy thi cơng chuyên dụng

+ Cũng như giếng cát, bấc thấm chỉ nên sử dụng khi cĩ mặt bằng rộng

+ Khi cắm bấc thấm xuống độ sâu lớn thì khả năng thốt nước của bấc thấm sẽ giảm đi do giảm tiết diện ngang của bấc thấm, do các hạt nhỏ tích vào lịng bấc thấm khi qua được màng lọc Trong cơng trình đường, thường thì vùng hoạt động chịu nén sẽ khơng quá lớn nên bấc thấm kết hợp gia tải trước vẫn được sử dụng khá nhiều

+ Để tiện cho việc tính tốn, xem mặt cắt ngang của bấc thấm tương đương cĩ

2

)(a b

d w = +

Hình 1.4: mặt cắt ngang tương đương của bấc thấm

+ Bấc thấm được bố trí theo sơ đồ tương tự như giếng cát, thường cĩ hai dạng như hình 1.5a và 1.5b

S

dw

1.13*S

S Bấc thấm nước xung quanh Bấc thấmVùng ảnh hưởng về thoát

Khoảng cách lưới Bấc thấm

Hình 1.5a: sơ đồ bố trí lưới bấc thấm hình tam giác đều

d w

Bấc thấm nước xung quanh Bấc thấmVùng ảnh hưởng về thoát

Khoảng cách lưới Bấc thấm

S

Hình 1.5b: sơ đồ bố trí lưới bấc thấm hình vuơng

* Phương pháp tính tốn tương tự như giếng cát nhưng được xét với các thơng số của bấc thấm [17]

1.1.3 Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không

Bơm hút chân không là biện pháp sử dụng áp lực của cột khí quyển (xấp xỉ

[7]

Hình 1.6: mô hình xử lý nền bằng bơm hút chân không

Ưu thế của biện pháp này là khi bơm hút, ứng suất tác dụng vào nền đất chỉ là ứng suất đẳng hướng, ứng suất lệch không phát sinh nên điều kiện ổn định được đảm bảo

Tuy nhiên, đây là phương pháp xử lý có yêu cầu kỹ thuật thi công phức tạp hơn các phương pháp khác, thiết bị thi công chuyên dụng

Trong quá trình thi công bơm hút chân không, nếu không có biện pháp xử lý tốt

có khả năng gây nứt, lún các công trình lân cận

Nên sử dụng cho công trình yêu cầu gấp về tiến độ

1.2 Các phương pháp gia cường

1.2.1 Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vơi

Trước đây biện pháp xử lý đất trộn vơi đã được sử dụng nhiều trong nước Thời gian gần đây, với cơng nghệ, thiết bị thi cơng du nhập từ nước ngồi vào, cộng thêm việc nghiên cứu được chú trọng nên cọc đất gia cố ximăng được sử dụng phổ biến hơn trong xây dựng cơng trình đắp

Cọc đất gia cố ximăng thường dùng cho các cơng trình chịu tải trọng lớn (đường lăn, bãi đỗ trong sân bay, bến cảng); các cơng trình địi hỏi độ ổn định cao (đường đắp cao đầu cầu, bãi đúc các cấu kiện lớn, nền kho bãi, ); các cơng trình gia cố nền trong phạm vi nhỏ hẹp (nhà mĩng nơng bị nghiêng lún ) [7,19]

Mơ hình cấu tạo của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vơi cho đường đắp cao đầu cầu thường gặp như hình 1.7

Vải địa

kỹ thuật

Nền đất yếu dưới nền đường

Hình 1.7: xử lý nền bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vơi

Hiệu quả của việc xử lý nền bằng xi măng hoặc vơi sẽ kém khi độ ẩm và hàm lượng hữu cơ gia tăng Chỉ số dẻo của đất càng lớn thì khả năng cải tạo nền càng kém Cải tạo nền hữu cơ bằng ximăng hiệu quả hơn cải tạo bằng vơi Hiệu quả của

xi măng sẽ giảm dần khi hàm lượng sét và chỉ số dẻo tăng Như vậy, độ linh hoạt của sét càng lớn thì cường độ của đất xử lý bằng xi măng càng thấp Đối với đất trộn xi măng thì cường độ phụ thuộc chủ yếu vào sự xi măng hố trong quá trình thủy hợp [7]

Có hai phương pháp trộn xi măng vào đất khi thi công cọc đất trộn xi măng:

♦ Phương pháp trộn khô (Minh họa như hình 1.8a)

Hình 1.8a: thi công cọc đất-xi măng bằng phương pháp trộn khô [7]

Trong phương pháp này bột xi măng được phun vào đất qua các lỗ ở đầu ống bằng hệ thống khí nén, sau đó bột xi măng được trộn với đất bằng cách xoay hai cánh gắn đối xứng ở đầu ống Phương pháp này không cần sử dụng nước nên không làm tăng lượng nước trong đất, vì thế việc cải tạo nền có hiệu quả hơn phương pháp trộn ướt

♦ Phương pháp trộn ướt (Minh họa như hình 1.8b)

Hình 1.8b: thi công cọc đất-xi măng bằng phương pháp trộn ướt [7]

Trong phương pháp này, xi măng được trộn với nước thành một dung dịch lỏng trước khi bơm chúng vào đất qua các lỗ ở đầu ống với áp lực khoảng 20Mpa Phương pháp này có thiết bị thi công gọn nhẹ hơn phương pháp trộn khô Tuy nhiên, phương pháp này thường cho cọc có tiết diện không đều vì sức chống cắt của đất thay đổi theo độ sâu trong khi áp lực phun không thay đổi Nên khi sử dụng phương pháp này, cần có thử nghiệm thay đổi áp lực phun phù hợp theo địa chất công trình Đến nay, với kinh nghiệm rút ra được từ nhiều công trình thực tế trong điều kiện địa chất khu vực, việc điều chỉnh áp lực phun đã có nhiều cải tiến Kết quả kiểm tra tại hiện trường những công trình gần đây cho thấy chất lượng của cọc đất trộn xi măng được cải thiện đáng kể nên đạt được cường độ cao Tuy nhiên giá thành xử lý chiếm tỷ trọng đáng kể trong xây dựng nên phương pháp này thường được lựa chọn cho những công trình quan trọng và cần thiết như sân bay, bãi chứa

có tải trọng lớn

Tính toán cọc đất xi măng theo nguyên lý cơ bản như sau: Khả năng chịu tải của cọc xi măng phụ thuộc vào sức chống cắt của đất nền ở xung quanh cọc và sức chống cắt của bản thân cọc Cơ chế phá hoại của đất nền phụ thuộc vào sức kháng hông và sức kháng mũi Cơ chế phá hoại của cọc phụ thuộc vào vật liệu bản thân cọc [7]

Khả năng chịu tải theo đất nền

u col

soil

Q =(π +2,25π 2)

Khả năng chịu tải theo vật liệu

Khả năng chịu tải trọng dài hạn của cọc xi măng là:

col creep

A – tiết diện ngang của cọc;

Khi thiết kế cọc xi măng, phải khống chế ứng suất trong cọc nhỏ hơn ứng suất từ

soil col

col col

M

M a a

q A

Q

)1( −+

A N

Hình 1.9: Sơ đồ phân bố ứng suất tiếp trong nhóm cọc đất - xi măng

Trong trường hợp nhiều cọc và khoảng cách giữa các cọc không vượt quá 1,5~2m thì cọc và đất nền giữa các cọc làm việc như một khối cứng (hình 1.9) Cọc trong khối cứng giữ vai trò như cốt cứng gia cường đất nền

Độ lún lệch sẽ nhỏ nếu như ứng suất cắt trung bình trên mặt bên của khối nhỏ hơn sức chống cắt trung bình của đất nền ở xung quanh cọc

Ứng suất cắt trung bình trên mặt bên phải thoả điều kiện sau:

c

u g

per

f

c H L B

8,0

τ

Trong đó:

+ B, L, H – kích thước khối cọc

+ fc – hệ số an toàn, f c ≥1,5

1.2.2 Xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật - lưới địa kỹ thuật

Có nhiều dạng áp dụng vải địa kỹ thuật – lưới địa kỹ thuật để gia cường nền đất Dưới đây chúng tôi sơ lược trường hợp sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng mức độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu [17]

Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa nền đất yếu và nền đắp (hình 1.10), ma sát giữa đất đắp và mặt trên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo ra lực giữ khối trượt F và nhờ đó mức

độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu tăng lên

Hình 1.10 – vải địa kỹ thuật gia cường lớp nền đắp [17]

(II) - vùng bị động (vùng vải địa kỹ thuật đóng vai trò neo giữ)

F – lực kéo mà vải phải chịu (T/m)

Y – cánh tay đòn của lực F đối với tâm trượt nguy hiểm nhất (O) Điều kiện cần bảo đảm trong tính toán thiết kế khi sử dụng giải pháp này là:

F ≤ Fcp Với:

Lực kéo cho phép của vải được xác định theo các điều kiện sau:

* Điều kiện bền của vải

k

cp = max

Trong đó:

k: hệ số an toàn, lấy k=2 khi vải làm bằng polieste và k =5 khi vải làm bằng polipropilen hoặc poliethilen

* Điều kiện về lực ma sát cho phép đối với lớp vải rải trực tiếp trên đất yếu

- Tổng lực ma sát trên vải trong phạm vùng hoạt động

Trong đó:

′ = ′

tế của khối đất đắp trên vải

k’- hệ số dự trữ ma sát, lấy bằng 0,66

Vải địa kỹ thuật có thể sử dụng nhiều lớp xem kẽ với các lớp vật liệu đắp dày từ 15cm ~ 30cm để làm tăng lực ma sát giữa vải và nền đắp, tăng mức độ ổn định nền Ngoài ra, sự xuất hiện của vải địa kỹ thuật làm phân bố lại ứng suất trong thân khối đắp và trong nền đất yếu, làm giảm độ lún và độ lún lệch của công trình cũng như làm tăng hệ số ổn định

1.3 Các phương pháp phân bố lại ứng suất

Theo mục đích đề tài, nội dung cần thiết đề cập là vai trò của bệ phản áp trong tính toán độ ổn định của công trình đắp Căn cứ tính toán hiện nay chủ yếu dựa theo Tiêu chuẩn ngành và các kết quả nghiên cứu phục vụ tính toán công trình đê trên đất yếu [6, 17]

1.3.1 Xử lý nền đất yếu bằng đệm cát

Lớp đệm cát có tác dụng phân bố lại ứng suất lên nền đất yếu bên dưới công trình đường, do ứng suất tập trung vào lớp đệm cát có khả năng chịu tải cao hơn Đệm cát làm tăng độ ổn định của công trình, đẩy nhanh tốc độ cố kết của nền đất

Xử lý bằng đệm cát thường dùng khi tải trọng đắp không lớn, lớp đất yếu dưới công trình không quá dày và có sẵn vật liệu cát tại địa phương [5, 12]

Vật liệu cát sử dụng làm đệm cát thường dùng cát hạt trung, hạt thơ khơng lẫn bùn đất với yêu cầu kỹ thuật như sau [17]:

cỡ hạt nhỏ hơn 0,08 mm chiếm ít hơn 5% và phải thỏa mãn một trong hai điều kiện:

D

D

60 10

10 60 > 1 và < 3 Trong đĩ:

Chiều dày đệm cát thường chọn theo kinh nghiệm, theo độ lún cơng trình và phải cĩ giá trị lớn hơn 0,5m Độ chặt đầm nén của tầng đệm cát phải đạt ít nhất là 90% độ chặt đầm nén tiêu chuẩn [17]

Bề rộng lớp đệm cát phải bao phủ hết bề rộng ảnh hưởng của tải trọng nền tác dụng lên đất nền

Cấu tạo đệm cát xử lý nền thường thấy như hình 1.11

1:n

b'

Phần nền đường

Nền đất yếu dưới nền đường

Xác định kích thước bệ phản áp là vấn đề mấu chốt trong việc tính toán và thiết

kế bệ phản áp Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán kích thước bệ phản áp dựa vào các giả thiết khác nhau và thường là những phương pháp gần đúng Khi xác định kích thước bệ phản áp, có tác giả dựa vào sự hình thành của vùng biến dạng dẻo phát triển ở hai bên công trình, có tác giả dựa vào giả thiết mặt trượt của nền đất

có dạng hình trụ tròn và cũng có tác giả tính toán theo lý luận cân bằng giới hạn để xác định mặt trượt và suy ra trạng thái giới hạn của đất nền [5, 12] Đôi khi để đơn giản trong tính toán, một số tác giả dựa vào điều kiện khống chế ứng suất ngang để quyết định kích thước bệ phản áp Trong tất cả các phương pháp kể trên thì phương pháp tính toán bệ phản áp dựa vào lý luận cân bằng giới hạn, xét về mặt lý thuyết là chặt chẽ nhất Tuy nhiên vì mức độ phức tạp của phương pháp tính toán cho nên trong thiết kế thường ít được sử dụng [5, 12]

Nguyên lý của phương pháp tính toán kích thước bệ phản áp là làm phân bố lại ứng suất tác dụng lên nền đất và đã được áp dụng trong tính toán ở nước ta theo nhiều phương pháp khác nhau như:

• Dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo được áp dụng ở đoạn đường phía Bắc cầu Hàm Rồng [12]

đầu cầu đắp cao của các cầu thuộc gói thầu số 02 Dự án thi công Đại Lộ Đông Tây Tp HCM (Cá Trê Lớn, Cá Trên Nhỏ, Kênh 1, Kênh 2)

a Tính toán bệ phản áp theo dạng làm tăng độ chôn sâu của nền đường

a.1 Xác định chiều cao bệ phản áp [5]

Hình 1.13: bệ phản áp theo sơ đồ làm tăng độ chôn sâu nền đường

nguy hiểm nhất (L) tính từ chân taluy nền đường (hình 1.14), có thể xem như chiều rộng này là kéo dài vô tận Từ đó mặt đất thiên nhiên được xem như đắp thêm một lớp có chiều dày bằng chiều cao bệ phản áp Đồng thời đáy nền được xem như đặt sâu hơn mặt đất mới đắp thêm một giá trị bằng chiều cao bệ phản áp Trong trường

định theo biểu thức thường gặp trong cơ học đất:

pa H

*

*2

α

ϕ γ

w at

b c

Từ (1.1) và (1.2) chiều cao bệ phản ỏp được xỏc định bởi biểu thức:

γ

at pa

q q

a.2 Xỏc định chiều rộng bệ phản ỏp

Mặt trượt nguy hiểm nhất

Hỡnh 1.14: sơ đồ xỏc định phạm vi tồn tại của mặt trượt nguy hiểm nhất

nguy hiểm nhất (L) xảy ra trong đất nền do tải trọng nền đường đắp gõy ra khi chưa đắp bệ phản ỏp Phổ biến cú hai cỏch xỏc định phạm vi tồn tại mặt trượt nguy hiểm nhất

- Dựa vào mặt trượt lớn nhất tỡm được theo nguyờn lý cõn bằng giới hạn của đất Vớ dụ theo lời giải của Berezansev, phạm vi tồn tại mặt trượt lớn nhất (L) được giới thiệu trờn hỡnh (hỡnh 1.14) và trong (bảng 1.1) Trường hợp này cần phải biến đổi sơ đồ tải trọng phõn bố hỡnh thang về sơ đồ hỡnh chữ nhật tương đương (về diện tớch) cú đỏy là đường trung bỡnh của hai đỏy hỡnh thang

- Dựa vào mặt trượt nguy hiểm nhất xỏc định theo phương phỏp mặt trượt lăng trụ trũn (tớnh toỏn bệ phản ỏp theo phương phỏp mặt trượt giả định)

b Tính toán bệ phản áp theo dạng làm xoải taluy nền đường đắp

Trường hợp này thường dùng cho nền đường có dạng gần với tải trọng phân bố hình tam giác Tải trọng nền đường phân bố theo dạng hình thang cân, để đơn giản trong tính toán có thể đưa về dạng phân bố tam giác cân bằng một diện tích tương

rộng đáy nền đường là 2b Với chiều rộng này (2b) nền đất yếu dưới nền đường không ổn định vì nó có vùng phá hoại lớn

b'

b'

Hình 1.15: bệ phản áp theo sơ đồ làm xoải chân taluy nền đường

Như đã biết, khi làm xoải độ dốc mái taluy, các quan hệ ứng xuất do nền đường gây ra trong nền đất yếu sẽ thay đổi theo hướng có lợi cho ổn định, tức là thu hẹp vùng phá hoại Với mục đích đó, giả định làm xoải mái taluy với chiều rộng đáy nền là 2b’ trong khi chiều cao vẫn giữ nguyên (xem hình 1.15)

Có thể xác định được đường thẳng cân bằng giới hạn F1 từ điều kiện cân bằng giới hạn

ϕ γ

σ σ

σ σ ϕ

g c

z 2 .cot

.2

sin

2 1

2 1

++

+

−

và tổng các ứng suất chính trên trục đối xứng của tải trọng, trục bất lợi nhất về ổn định trong nền đối với tải trọng phân bố theo dạng tam giác (hình 1.16a,b)

Hình 1.16 (a,b): sơ đồ thiết lập đường thẳng cân bằng giới hạn F1 và đường quan

hệ giữa hiệu và tổng ứng suất chính trên trục đối xứng của tải trọng F2

Đường cong F2 có thể thiết lập nhanh chóng nhờ bảng 1.2 Nếu đường cong F2 không cắt đường thẳng F1 mà chỉ tiếp xúc tại một điểm hoặc không tiếp xúc, nền đất yếu đảm bảo ổn định vì trong nền chỉ có một điểm phá hoại hoặc không tồn tại điểm nào

Bảng 1.2: Các tải trong (σ1-σ3)/q và (σ1+σ3)/q cho trường hợp tải trọng phân bố theo tam giác

Với kết quả trên có thể thấy rằng 2b’ là chiều rộng của đáy nền đường ổn định

mái taluy được xác định bởi:

bpa = b’ - b Trường hợp gần đúng, giá trị b’ có thể xác định theo biểu thức:

ϕ γ

ϕ α

γ

tg

c H

b nd 'nd 2 .cos

Trong đó:

đất yếu, về nguyên tắc thì chiều cao của bệ phản áp theo dạng làm xoải taluy là:

1.4 Nhận xét và phương hướng của đề tài

Công trình đắp trên đất yếu có thể bị mất ổn định do khả năng chịu tải của đất nền bé Trong thực tế xây dựng, các biện pháp xử lý nền hay gia cường thường được sử dụng nhằm đảm bảo điều kiện làm việc ổn định của công trình

Trong trường hợp điều kiện thi công khó khăn do địa hình hay thiết bị cồng kềnh (đối với công trình đê, đường đắp cao) cũng như trình độ thi công hay giá thành xây dựng, biện pháp bệ phản áp thường được chọn lựa sử dụng thay thế Có thể thấy rằng việc tính toán bệ phản áp chủ yếu căn cứ vào độ ổn định của đất nền thông qua tính toán khả năng mất ổn định do trượt trồi bằng các phương pháp căn

cứ trên trạng thái cân bằng giới hạn hay cung trượt lăng trụ tròn Thực tế đối với đất yếu, việc tính toán biến dạng là một trong các vấn đề cần được ưu tiên hàng đầu Khi có mặt bệ phản áp, sự phân bố độ lún ở bề mặt có thể được thay đổi theo chiều hướng có lợi hơn cho công trình (lún đều hơn), đặc biệt ở thời điểm ban đầu sau khi xây dựng Trong khi kích thước bệ phản áp được chọn lựa theo chiều hướng tối đa miễn đảm bảo điều kiện ổn định của đất nền Có thể thấy rằng chỉ cần đảm bảo độ

ổn định và độ lún đều của công trình thì việc chọn lựa kích thước bệ phản áp sẽ mang lại nhiều lợi ích và tiết kiệm hơn

Trên cơ sở phân tích lún và đảm bảo điều kiện ổn định nền nhằm chọn lựa kích thước bệ phản áp hợp lý, chúng tôi chọn lựa đề tài cho nội dung luận văn cao học:

“Phân tích tác dụng của bệ phản áp lên độ ổn định của nền đường đắp theo

mức độ tiếp cận trạng thái giới hạn và khả năng giảm độ lún lệch”

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG

NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP

Nền đắp là một trong những công trình xây dựng lâu đời và thường gặp nhất Thông thường người ta xây dựng nền đất đi qua các vùng đất có địa chất tốt để giảm bớt những vấn đề kỹ thuật phải xử lý và hạ giá thành xây dựng Tuy nhiên trong thực tế tồn tại các công trình đắp xây dựng trên nền đất yếu, độ lún và khả năng ổn định của công trình thường không được đảm bảo Trong trường hợp này, việc tính toán ổn định và biến dạng của nền đất đóng vai trò quan trọng trong thiết kế

2.1 Độ bền sức chống cắt và một số dạng mất ổn định

Ổn định của đất nói chung là muốn nói đến tương quan giữa độ bền, khả năng chịu tải và sự làm việc bình thường của công trình dưới tác dụng của tải trọng ngoài

và các yếu tố tác động trực tiếp có thể gây phá hoại cho công trình

Theo C.A Coulomb thì độ bền sức chống cắt của đất trên một tiết diện bất kỳ của một phân tố đất được xác định bằng đại lượng sức chống cắt của đất theo biểu thức sau:

w w

Trong đó:

phần kết cấu, trạng thái và độ ẩm - độ chặt của đất;

c’ - lực dính của đất ứng với áp lực hữu hiệu σ’ = σ-u

Độ ổn định của đất trên một diện nào đó phụ thuộc vào tương quan giữa sức

σ σ θ

cot2

sin

2 1

2 1

2.1.1 Mất ổn định theo dạng phình trồi hay lún sụp của đất

2.1.2 Mất ổn định do nền đất yếu bị đẩy ngang

Btb

đất tốt hơn

Hỡnh 2.2: phỏ hoại do nền bị đẩy ngang

Trường hợp này thường xảy ra đối với nền đất yếu cú chiều dày D nhỏ hơn

yếu là lớp đất tương đối tốt hơn

2.1.3 Mất ổn định theo dang trượt sõu hay trượt trồi

Hỡnh 2.3: phỏ hoại theo kiểu trượt sõu qua nền và thõn cụng trỡnh

Đõy là phỏ hoại thường gặp trong đường - đờ - đập đắp bằng đất Trong trường hợp này đó xảy ra mặt trượt xộ rỏch nền cụng trỡnh và đẩy đất yếu trượt trồi lờn phớa chõn taluy Tuỳ theo đặc điểm của nền đất và đất đắp mà cung trượt nguy hỉểm cú thể đi qua cả khối đất đắp và đất nền

2.1.4 Cỏc dạng tớnh toỏn ổn định của nền đường đắp trờn đất yếu

Tớnh toỏn ổn định của nền đắp trờn nền đất yếu núi chung và cụng trỡnh nền đường đắp núi riờng thường theo 2 cỏch: Mất ổn định do khối đất bị lỳn ngập vào nền và mất ổn định do mỏi dốc của khối đất đắp bị trượt theo mặt trượt vũng cung Tuỳ theo điều kiện thoỏt nước trong nền mà người ta sử dụng hai cỏch tớnh khỏc nhau:

Tính theo ứng suất tổng thường được dùng phổ biến hơn vì trong tính toán ổn định theo ứng suất hữu hiệu khó xác định được áp lực nước lỗ rỗng u trong nền Mặt khác, đất yếu trong điều kiện nước ta thường là các loại đất dính (sét, á sét, á cát) và các loại bùn sét, bùn á cát, bùn á cát Chúng thường có hệ số thấm bé, trong điều kiện tự nhiên không thể cố kết nhanh nên tính toán ổn định theo ứng suất tổng phù hợp với giai đoạn ban đầu và là thời gian công trình trong giai đoạn nguy hiểm Đối với tính toán ổn định mái dốc của nền đắp khi bị trượt theo đường vòng cung rất được quan tâm trong công tác thiết kế công trình đắp và đã được nhiều tác giả nghiên cứu [5, 17] Trong thực tế có thể thấy rằng dù hệ số an toàn ổn định mái dốc FS > 1 nhưng công trình vẫn mất ổn định trên nền đất yếu Sự phá hoại không xảy ra theo cung trượt vòng cung hai bên mái dốc mà chính là do nền đắp bị lún sâu vào trong nền đất yếu Sự phá hoại này có thể do những nguyên nhân chủ yếu như:

- Chọn các chỉ tiêu cơ lý từ những thí nghiệm không phù hợp điều kiện làm việc thực tế tại công trình

- Ổn định theo trượt sâu có FS > 1 nhưng vẫn bị phá hoại do đất yếu dưới nền đắp không đủ khả năng chịu lực

Ngoài ra, sau khi nền đắp đảm bảo ổn định về trượt, đảm bảo về khả năng chịu lực của nền đất dưới công trình đắp thì độ lún của nền đất và độ lún lệch giữa nền đất dưới nền đắp và vùng nền xung quanh cũng phải được tính toán một cách phù hợp để có biện pháp khống chế hoặc khắc phục Như vậy để tính toán ổn định cho công trình nền đường đắp cần phải tính toán theo các dạng ổn định như sau:

2.2 Tính toán khả năng ổn định nền đường đắp theo khả năng chịu lực

Để tính toán sức chịu tải của đất nền công trình nói chung và đất yếu dưới công trình đường đắp nói riêng có nhiều phương pháp tính, sau đây là cơ sở một số phương pháp tính cụ thể:

b

qat

b

Nh©n ®iÓm ph¸ ho¹i

Hình 2.4: sơ đồ xác định tải trọng an toàn ứng với nhân điểm phá hoại

trọng này vùng phá hoại chỉ bắt đầu xuất hiện tại một nhân điểm trên trục đối xứng của tải trọng cách đáy đê ở một độ sâu z = 0,5b (hình 2.4)

a) Tải trọng nền đường đắp phân bố dạng tam giác cân - gần dạng tam giác cân:

0

sincos

2

α

ϕ γ

w at

b c

(2.4)

Trong đó:

b - nửa chiều rộng đáy nền đường đắp;

b) Tải trọng nền đường đắp phân bố dạng hình thang cân:

Khi bỏ qua ảnh hưởng trọng lượng thể tích của đất nền, có thể xác định giá trị tải trọng an toàn theo công thức đề nghị của Giáo Sư Viện sĩ Đặng Hữu [4]

c) Tải trọng nền đường đắp phân bố dạng chữ nhật:

hoại chỉ xuất hiện tại hai điểm mép của diện chịu tải)

4

π ϕ ϕ

ϕ π

−+

Từ hai công thức trên ta có thể kết luận tải trọng an toàn trong trường hợp phân

c q

c< at < ×

2.2.2 Tính sức chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng giới hạn (q gh )

Theo lý thuyết cân bằng giới hạn, giả thiết chính cho rằng tại mỗi điểm trong đất nền đều thoả mãn điều kiện cân bằng giới hạn Việc giải các phương trình vi phân cân bằng tĩnh học với những điều kiện biên cân bằng giới hạn cụ thể tại một điểm

chịu tải giới hạn của đất nền Tải trọng tác dụng tăng dần đến một giá trị giới hạn thì trong nền đất sẽ xuất hiện toàn bộ các vùng cân bằng giới hạn như hình 2.6 Nều tải trọng tăng vượt qua giá trị giới hạn dù rất bé cũng đủ làm nền đất mất ổn định và bị phá hoại ngay tức khắc theo dạng trượt trồi

qgh

I II

F Ketter (1903) đã lập hệ phương trình vi phân cân bằng tĩnh học cho bài toán

lượng thể tích của đất

γ δ

δτ δ

x

x z z

z

0

=+

x

x z x

z

δ

δτ δ

Điều kiện cân bằng giới hạn của một phân tố đất:

ϕ ϕ

σ δ

τ σ

2

2

sin)cot2

(

4)(

=

×

×++

×+

−

g c

x z

xz x

z

(2.10)

a) Prandtl (1920) giải hệ phương trình trên với giả thiết đất không trọng lượng

ϕ ϕ

ϕ

g c q

sin1

sin1)cot

−

+

×+

Trong trường hợp ϕ=0, theo Prandtl tải trọng giới hạn được xác định bằng biểu thức:

0

)2

π/4−ϕ/2

Hình 2.7: sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và mặt trượt theo Prandtl

Các tác giả K.Terzaghi, A.Caquot, J.Kerisel, V.G Bérézansev và một số tác giả khác chấp nhận lời giải chính xác của Prandtl giải cho đất không trọng lượng ở trên

b) Theo lời giải của V.G Bérézansev, ứng với sơ đồ tải trọng như hình 2.8 trong

c N q N b N

Trong đó:

Hình 2.8: sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt theo đề nghị của V.G

Bérézansev cho đất có trọng lượng

c) K Terzaghi cũng dựa trên giả thiết đất không trọng lượng nhưng có điều chỉnh vùng nén chặt, kết quả tính toán theo phương pháp đề nghị của ông phù hợp với thí nghiệm nén đất Trong bài toán phẳng, tải trọng giới hạn xác định theo công thức:

c N q N b N

Trong đó:

Hiện nay dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn để tính tải trọng giới hạn của nền đất có rất nhiều tác giả và cách giải khác nhau nhưng chưa có lời giải chính xác cho đất có trọng lượng và chưa có lời giải cho bài toán phẳng tải trọng phân bố tam giác hay hình thang

q gh = ×

(2.15)

Trong đó:

c- là lực dính của đất nền yếu

Hình 2.9: sơ đồ tính tải trọng giới hạn theo JOCGHENXON

Công thức thực nghiệm Jocghenxon rất đơn giản cho kết quả tương đối gần đúng vì không xét ảnh hưởng góc ma sát trong của đất Dựa trên giả thiết toàn nền ở trạng thái chảy dẻo vì chỉ chuyển dịch ngang Do đó tải trọng giới hạn tính theo Jocghenxon cho kết quả lớn hơn thực tế, muốn sử dụng được cần xét đến giá trị có

Hình 2.10: sơ đồ tính tải trọng giới hạn theo MANDEL và SALENCON

Khi bề rộng đáy nền đường đắp B lớn hơn bề dày lớp đất yếu H, theo Mandel và

B - bề rộng trung bình của mặt cắt nền đường đắp

H - chiều dày lớp nền đất yếu

Để công trình ổn định theo khả năng chịu tải của đất nền, phải dùng sức chịu tải

s

gh u

F

q

2.3 Tính toán ổn định mái dốc nền đường đắp

Ổn định mái dốc nền đường đắp là một trường hợp đặc biệt trong tính toán ổn định của khối đất nói chung Phân tích sự ổn định của khối đất có ý nghĩa thực tế đối với thiết kế thi công các công trình đất như đường - đê - đập đất, đào hố móng sâu… Những nguyên nhân chủ yếu làm mất ổn định của khối đất là do: Sự phá vỡ thế cân bằng bền của khối đất, có thể xảy ra đột ngột cùng với sự sụt khối đất lớn, dạng này thường xảy ra ở các mái - sườn dốc tự nhiên do sự tăng tải như xây dựng công trình trên mái dốc cũng như giảm sức chống đỡ bên trong khối đất do mưa lũ làm đất no nước hoặc giảm ma sát và lực dính của đất khi đất tăng độ ẩm ướt

Việc tính toán ổn định mái đất chính là việc xác định hình dạng, kích thước mái dốc khối đất hợp lý nhất để mái dốc ổn định Khi phân tích cũng cần phải xem xét đồng thời cả khối đất nền bên dưới, vì các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của mái dốc không chỉ gồm hình dạng, cường độ, tải trọng ngoài tác dụng lên mà còn cả biến dạng của nền bên dưới