Nghiên cứu tác dụng giảm độ lún của vải địa kĩ thuật đối với nền đường đắp trên đất yếu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM NGỌC HIẾU NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG GIẢM ĐỘ LÚN CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Chuyên ngành : CẦU, TUYNEN V

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM NGỌC HIẾU

NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG GIẢM ĐỘ LÚN CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG

ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

Chuyên ngành : CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT Mã số ngành : 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 10 năm 2006

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày 06 tháng 01 năm 2007

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH : CẦU TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN

ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT MÃ SỐ NGÀNH : 2.15.10

Nhiệm vụ trọng tâm là nghiên cứu tác dụng của vải địa kỹ thuật đối với độ lún nền đường

đắp trên đất yếu

Từ đó rút ra những kết luận về việc giảm lún của nền đắp và gia tăng cường độ, độ ổn định của nền đường đắp trên đất yếu khi có sử dụng vải địa kỹ thuật

2 NỘI DUNG:

Mở đầu

Chương 1 : Tổng quan về việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong nền đường đắp trên đất yếu Chương 2 : Cơ sở lý thuyết cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định và biến dạng của nền đường

đắp trên đất yếu có sử dụng vải địa kỹ thuật

Chương 3 : Phân tích và tính toán ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật đến độ lún nền đường

Kết luận và kiến nghị

• NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2006

• NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/10/2006

• HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HD : TS TRẦN XUÂN THỌ, TS NGUYỄN HOÀNG QUÂN

• HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 : TS VÕ PHÁN

• HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2 : TS BÙI TRƯỜNG SƠN

TS TRẦN XUÂN THỌ TS NGUYỄN HOÀNG QUÂN TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương Luận án cao học đã được thông qua Hội đồng chuyên ngành

Ngày…………tháng……….năm 200

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, tôi không thể nào quên được những công lao to lớn của thầy cô giáo, gia đình và bạn bè đã dành cho tôi

Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Xuân Thọ và TS Nguyễn Hoàng Quân người đã tận tình hướng dẫn và mở ra những hướng đi trên con đường nghiên cứu khoa học cho tôi Thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn ThS Cao Ngọc Hải đã tận tình giúp đỡ để hoàn thành tốt luận văn này

Tôi chân thành cảm ơn Quý thầy, cô trong Bộ môn Cầu đường, Bộ môn Nền móng, Khoa sau đại học Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy, trang bị thêm cho tôi kiến thức về chuyên môn, giúp tôi vững vàng hơn trong công tác nghiên cứu khoa học và hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, tôi xin thành thật cảm ơn gia đình, các bạn đồng nghiệp và các bạn lớp cao học Cầu đường K15 đã quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập

Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 06 tháng 10 năm 2006

Phạm Ngọc Hiếu

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong những năm gần đây vải địa kỹ thuật được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng nền đường đắp trên đất yếu Luận văn này đề cập đến tác dụng giảm lún của vải địa kỹ thuật làm chức năng phân cách đối với nền đường đắp trên đất yếu Phương pháp phần tử hữu hạn và qui trình 22TCN 262-2000 được sử dụng để tính toán và so sánh với số liệu quan trắc lún thực tế tại hiện trường nhằm rút

ra những kết luận cần thiết phục vụ cho việc tính toán cũng như để sử dụng vải địa kỹ thuật có hiệu quả hơn

Những kết quả rút ra được từ luận văn:

- Vải địa kỹ thuật làm giảm độ lún nền đường rõ rệt trong giai đoạn thi công công trình và làm cho nền đường lún đều hơn

- Làm gia tăng cường độ nền đường nhờ gia tăng khả năng kháng cắt của đất do đó có thể tăng chiều cao của 01 lần đắp để đẩy nhanh tiến độ thi công

- Làm gia tăng hệ số an toàn hơn so với khi không dùng vải

ABSTRACT

In recent years, geotextiles have been used more popularly in embankment on soft soils as a separator In this thesis, finite element method and 22TCN 262-2000 standard were used to calculate and compare with the results of surveying in-situ to evaluate the effects of geotextiles installed in the embankment on soft soils

Some conclusions of this thesis:

- Geotextiles reduce the differential settlement of embankment during construction

- Geotextiles reinforce embankment on soft soils as the increasing of shear strength, thus increasing the height of the embankment

- Increase the factor of safety

KÝ KIỆU VÀ CHÚ THÍCH

Cv hệ số kết theo phương đứng

Ch hệ số kết theo phương ngang

Cu Lực dính không thoát nước

Cc Chí số nén lún

Cr Chỉ số nén lún hồi phục

Cα Hệ số nén thứ cấp

C’ lực dính trong thí nghiệm nén 3 trục có thoát nước

e hệ số rỗng

e0 hệ số rỗng ban đầu

ep hệ số rỗng ở giai đoạn cố kết thứ cấp

E môđun biến dạng

Eu môđun biến dạng đàn hồi không thoát nước

F hệ số an toàn trong tính toán ổn định

hf chiều cao nền đường cuối cùng

h0 chiều cao nền đường ban đầu

Hs chiều cao nền đường an toàn

I hệ số (nhân tố) ảnh hưởng

IL chỉ số chảy

Ip chỉ số dẻo

Kh hệ số thấm theo phương ngang

Kv hệ số thấm theo phương đứng

Ks hệ số tăng cường độ chống cắt (tuỳ thuộc vào tải trọng và tình trạng đất)

KD chỉ số áp lực ngang

mnc hệ số thể hiện quan hệ giữa log (Τ ƒu / σ’ v) và

log (ESL) trong trường hợp cố kết thông thường

(ESL ≤ 1)

moc hệ số thể hiện quan hệ giữa log (Τ ƒu / σ’ v) và

log (ESL) trong trường hợp cố kết thông thường

(ESL >1)

Nc hệ số chịu tải

NF hệ số chịu tải theo biểu đồ ổn định Cousin

NT hệ số chịu tải theo biểu đồ ổn định Taylor

OCR tỷ số quá cố kết

q tải nền đường

S cường độ chống cắt không thoát nước trong

trường hợp cố kết thông thường (ORC=ESL=1)

Sc độ lún cố kết ở giai đoạn cố kết sơ cấp

Ss độ lún cố kết ở giai đoạn cố kết thứ cấp

Sf độ lún cuối cùng (ổn định)

Si độ lunù tức thời

Sh độ dịch chuyển ngang

St độ lún theo thời gian

tf thời gian kết thúc tiến trình lún

tp thời gian cố kết sơ cấp

t50 thời gian đạt cố kết 50%

Tv nhân tố thời gian cho cố kết theo phương đứng

Th nhân tố thời gian cho cố kết theo phương ngang

Uv độ cố kết theo phương đứng

Uh độ cố kết theo phương ngang

WL giới hạn chảy

WP giới hạn dẻo

Δq độ tăng tải

ϕ góc ma sát trong

ϕ' góc ma sát trong thí nghiệm nén 3 trục có thoát nước

γe trọng lượng riêng của vật liệu nền đường đắp

γw trọng lượng riêng của nước

λ độ dốc đường nén

κ độ dốc đường nở

μ Hệ số hiệu chỉnh

ν hệ số poisson

σ v thành phần ứng suất thẳng đứng

σ’

v ứng suất có hiệu thẳng đứng

σ h thành phần ứng suất phương ngang

σ’

h ứng suất có hiệu phương ngang

σ’ p áp lực tiền cố kết

Δσ’

v ứng suất gây lún do tải nền đường

T cường độ chống cắt

T fu cường độ chống cắt không thoát nước

T fuC cường độ chống cắt không thoát nước trong thí nghiệm nén 3 trục

T fuD cường độ chống cắt không thoát nước trong thí cắt đơn giản trực tiếp

T fv cường độ chống cắt trong thí nghiệm cắt cánh hiện trường

VIẾT TẮT

PTHH phần tử hữu hạn

ĐBSCL đồng bằng sông Cửu Long

TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh

MỤC LỤC

Phần 1 : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

MỞ ĐẦU

Tính khoa học thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TRONG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

1.1 Tổng quan về việc xây dựng nền đường trên đất yếu 3

1.1.2 Các giải pháp xử lý nền đường trên đất yếu 5 1.2 Tổng quan về vải địa kỹ thuật 8

1.2.2 Các chức năng của vải địa kỹ thuật 10 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT 2.1 Tính toán ổnđịnh và biến dạng theo phương pháp giải tích 13 2.1.1 Tính toán ổn định nền đường 13 2.1.1.1 Tính ổn định theo tải trọng an toàn 13 2.1.1.2 Tính ổn định theo tải trọng cho phép 15 2.1.1.3 Đánh giá ổn định của nền dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn 16 2.1.1.4 Ổn định chống lún trồi 20 2.1.1.5 Phương pháp cân bằng giới hạn trên mặt trượt trụ tròn 21 2.1.1.6 Tính ổn định khi có sử dụng vải địa kỹ thuật 25 2.1.2 Tính toán biến dạng nền đường 26

2.1.2.1 Đặc trưng biến dạng của đất nền 26 2.1.2.2 Độ lún của nền đất 27 2.1.2.3 Quá trình cố kết của đất và sự chuyển hoá ứng suất 28 2.1.2.4 Tính toán độ lún của nền đất theo thời gian 29 2.1.3 Tính lún theo qui trình 22 TCN 262-2000 33 2.1.4 Tác dụng của vải địa kỹ thuật làm lớp phân cách trong nền đường 36 2.1.4.1 Phân bố ứng suất qua lớp vải địa kỹ thuật 37 2.1.4.2 Sự ứng xử đàn hồi và dẻo của đất dưới tác dụng của tải trọng 39

2.1.4.3 Biến dạng của vải địa kỹ thuật dưới tác dụng tải trọng bánh xe 41 2.2 Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn 46

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA VẢI ĐỊA KỸ

THUẬT ĐẾN ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG

3.2.1 Tên và vị trí công trình 48

3.3 Tính toán theo qui trình 22TCN 262-2000 51 3.3.1 Đoạn từ Km15 đến Km16 51 3.3.2 Đoạn từ Km22 đến Km23 53 3.3.3 Đoạn từ Km28 đến Km29 54 3.4 Tính toán bằng phương pháp PTHH 55

3.4.1.1 Khi không sử dụng vải địa kỹ thuật 58 3.4.1.2 Khi có sử dụng vải địa kỹ thuật 60 3.4.1.3 Kết quả quan trắc lún thực tế 62 3.4.2 Đoạn từ km22 - km23 và km28 - km29 62 3.4.2.1 Khi không sử dụng vải địa kỹ thuật 63

3.4.2.2 Khi có sử dụng vải địa kỹ thuật 64 3.4.2.3 Kết quả quan trắc lún thực tế 65 3.5 So sánh các kết quả thu được và nhận xét 65 3.6 Aûnh hưởng của vải địa kỹ thuật khi bề dày lớp đất yếu thay đổi 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

1 Họ và tên : Phạm Ngọc Hiếu Phái : Nam

2 Ngày sinh : 06/09/1978 Nơi sinh : Tiền Giang

3 Dân tộc : Kinh Tôn giáo : Không

4 Chỗ ở hiện tại : F3/65 ấp 6, xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh, Tp.HCM

5 Quá trình đào tạo:

- Từ năm 1995 đến 2000 học đại học tại trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, khoa Xây dựng, chuyên ngành Cầu đường

- Từ năm 2004 đến nay học cao học ngành Cầu tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt tại trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

6 Quá trình công tác:

- Từ năm 2000 đến 2005: làm việc tại Công ty Xây dựng Lê Phan – TNHH

- Từ năm 2005 đến nay: làm việc tại Công ty Công trình Giao thông Công chánh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Cao Ngọc Hải, Thiết kế vải địa kỹ thuật, Trường ĐHBK Tp.HCM

[2] Cao Ngọc Hải, Tính toán và đánh giá khả năng gia cường của vải địa kỹ thuật loại không dệt với chức năng phân cách trong xây dựng nền đường trên đất yếu dưới tác dụng của tải trọng bánh xe - Hội nghị khoa học & Công nghệ lần thứ 8

[3] Châu Ngọc Aån, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM

[4] Geosynthetic Design and Construction Guidelines, Publication No.FHWA 95-038, Revised April 1998

HI-[5] Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải, Những phương pháp xây dựng công trình trên đất yếu, Nhà xuất bản Xây dựng 1997

[6] Hồ sơ thiết kế kỹ thuật, báo cáo khảo sát địa chất công trình : Cải tạo , mở rộng và nâng cấp đường rừng sác do Công ty Tư vấn Xây dựng Giao thông 533 lập

[7] J.h Atkinson, The mechanics of soils, Published by: Mc Graw-Hill Book Company Limited

[8] Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực, Công trình trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam, Chương trình hợp tác Việt Pháp _ Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, 1989

[9] Lê Bá Lương, Lê Bá Khánh, Lê Bá Vinh, Tính Toán Nền Móng Công Trình Theo Thời Gian, Trường Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2000

[10] Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế Và Thi Công Nền Đắp Trên Đất yếu, Nhà xuất bản Xây dựng 2004

[11] Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình,Vũ Đình Phụng, Đất xây dựng, địa chất công trình và kỹ thuật cải tạo đất trong xây dựng, Nhà xuất bản Xây dựng [12] Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh, Xây Dựng Đê Đập, Đắp Nền Tuyến Dân Cư Trên Đất Yếu Ơû Đồng Bằng Sông Cửu Long, Nhà xuất bản Nông nghiệp Tp Hồ Chí Minh, 2002

[13] Qui trình khảo sát nền đường ô tô đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 262-2000, NXB Giao thông Vận tải

[14] R.B.J Brinkgreve, P.A Vermeer, Manual Plaxis

[15] R Whitlow, Cơ học đất tập 1, 2, NXB Giáo dục

[16] Tiêu chuẩn thực hành: đất và các vật liệu đắp khác có gia cường (Tiêu chuẩn Anh BS 8006:1995), Viện tiêu chuẩn Anh, NXB Xây dựng

[17] Trà Thanh Phương, Thái Vũ Quốc Dương, Ứng dụng phần mềm Plaxis nghiên cứu ứng xử công rình đắp trên đất yếu khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng – Nam Sài Gòn - Hội nghị khoa học và Công nghệ lần 9

[18] Trần Quang Hộ, Công Trình Trên Đất Yếu, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2005

[19] Trần Thị Thanh, Nguyễn Việt Tuấn, Xác định chiều cao giới hạn của khối đất đắp theo khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới đê – Hội thảo thiết kế và thi công công trình thủy lợi ĐBSCL, tháng 01/2002

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề nghiên cứu

Khi xây dựng công trình trên đất yếu tải trọng công trình làm cho đất nền bị biến dạng gây mất ổn định Phần lớn đất nền khu vực ĐBCSL và Tp.HCM là đất sét yếu, có hệ số rỗng khá cao lớn nên trị số độ lún của đất nền thường rất cao, độ lún có tác động rất quan trọng đến công trình xây dựng đây là nguyên nhân chủ yếu gây ra hư hỏng cho hàng loạt công trình

Hiện nay nhiều công trình đang xây dựng qua vùng đất yếu ở khu vực TP.HCM như: Nhà Bè, Cần Giờ, Quận 7, khu vực Lê Minh Xuân - Bình Chánh,… và nhiều công trình ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long: đường cao tốc Sài Gòn - Trung Lương, đường nam sông Hậu,…

Nhằm gia tăng độ ổn định nền đường cũng như thuận lợi cho công tác thi công và hạn chế sự xâm nhập của lớp đất đắp vào lớp bùn sét yếu bên dưới, hiện nay người ta thường sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp ngăn cách giữa lớp đất yếu và lớp đất đắp nền đường bên trên

Việc sử dụng vải địa kỹ thuật như trên ngoài tác dụng ngăn cách, tăng độ ổn định nền đắp còn có tác dụng giảm lún và gia tăng cường độ của nền đường Tuy nhiên, hiện nay việc tính toán độ lún công trình chưa xét đến tác dụng này

Vì độ lún có ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng các công trình xây dựng nên trong luận văn này tác giả tiến hành nghiên cứu những vấn đề sau:

Phương hướng nghiên cứu

1 Hướng lý thuyết

Nghiên cứu tác dụng giảm lún và gia tăng cường độ của vải địa kỹ thuật đối với nền đường đắp trên đất yếu có sử dụng vải địa kỹ thuật như là lớp phân cách

2 Hướng thực nghiệm

Quan trắc lún thực tế công trình có sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp phân cách, so sánh với kết quả tính toán bằng phương pháp giải tích theo quy trình 22TCN 262-2000 và phương pháp phần tử hữu hạn

3 Phương pháp nghiên cứu thực hiện luận văn

Dựa vào những nghiên cứu của các tác giả đi trước, các tài liệu tham khảo của các nhà khoa học trong và ngoài nước, tác giả tiến hành nghiên cứu các vấn đề luận văn đề cập đến

Dựa vào các số liệu quan trắc thực tế thu thập được và hai phần mềm tính toán địa kỹ thuật Geo-Slope và Plaxis tác giả mô hình bài toán và phân tích tính toán để đưa ra các kết quả cần nghiên cứu

Tính khoa học thực tiễn của đề tài

Những tác dụng khác của vải địa kỹ thuật như: gia cường, tăng độ ổn định đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và được các quy trình tương ứng hướng dẫn, tuy nhiên việc nghiên cứu về ứng dụng của vải địa kỹ thuật như một lớp phân cách vẫn còn đang được tiếp tục nghiên cứu Vì vậy mục tiêu của đề tài là làm sáng tỏ một số vấn đề trong nội dung trên trong đó có tác dụng giảm lún và gia tăng cường độ nền đường đắp của vải địa kỹ thuật

Nội dung của đề tài

Trong chương 1 sẽ trình bày một cách tổng quan về việc xây dựng nền đường đắp trên đất yếu với các đặc điểm về ổn định và biến dạng của nó và những ứng dụng của vải địa kỹ thuật trong lĩnh vực này

Ở chương 2 sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định và biến dạng của nền đường trên đất yếu khi có sử dụng vải địa kỹ thuật bằng phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn

Trong chương 3 sẽ tính toán cho 01 công trình cụ thể với nhưng phương pháp đã trình bày ở chương 2 và so sánh với số liệu quan trắc thực tế từ đó rút ra những nhận xét, kết luận và kiến nghị

Giới hạn của đề tài

- Chưa có số liệu quan trắc nhiều ứng với các loại vải khác nhau

- Chưa có số liệu quan trắc cố kết trong thời gian dài, chỉ giới hạn trong thời gian ≤ 4 năm do đó chưa xét đến độ lún do từ biến

- Không xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của vải địa kỹ thuật như: các tác nhân hoá học có trong nước và đất,…

- Chưa xét đến ảnh hưởng do neo vải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

TRONG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

1.1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU

1.1.1 Đặt vấn đề

Giao thông vận tải đường bộ được xem là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội nói chung và kết cấu hạ tầng giao thông nói riêng Do vậy, để tạo tiền đề và làm động lực phát triển kinh tế xã hội phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đáp ứng tiến trình hội nhập khu vực và quốc tế thì việc phát triển mạng lưới giao thông vận tải đường bộ là cần thiết và cấp bách

Trước tình hình cấp thiết của vấn đề cơ sở hạ tầng giao thông vận tải hàng loạt công trình đang được triển khai xây dựng với qui mô lớn và tiến độ cấp bách Phần lớn cấu trúc địa chất khu vực ĐBSCL và một phần Tp.HCM có lớp trên cùng là tầng trầm tích trẻ Holoxen khá dày, đa số nền móng công trình đặt trên lớp đất sét yếu này Do đó, khi xây dựng công trình nằm trên lớp đất này việc xử lý nền móng công trình là rất quan trọng và cần thiết vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng công trình

Một số công trình bị hư hỏng nặng mà nguyên nhân chính dẫn đến những hư hỏng này là do nền đắp bị lún, lún không đều và bản thân cường độ đất nền không đủ khả năng chịu tải hoặc không tính chiều cao đắp giới hạn nên khi đắp nền đường do thời gian thi công nhanh nên sức kháng cắt của đất yếu chưa kịp tăng lên để đủ khả năng mang tải bên trên gây trượt công trình

Một số công trình bị sự cố khi xây dựng trên nền đất yếu

• Sự cố trong quá trình thi công tại Km121 + 325m đến Km 121 + 450m – Quốc lộ 1A đoạn Hà Nội – Lạng Sơn: chiều cao nền đắp 2m, chiều cao gia tải 2.5m

Do đắp liên tục đến cao độ thiết kế và gia tải tiếp 2.5m nên ngày 17/03/1999 khi đắp đến cao độ 4.25m thì một đoạn nền đường từ Km121 + 325m đến Km 121 + 450m bị xé làm đôi, với vết nứt sâu tới 2.8m và rộng 0.8 – 1.0m, đẩy mặt ruộng hai bên trồi lên cao 1-1.5m với chiều rộng 8-10m

• Đường đắp vào cầu Trường Phước – Quận 9, TPHCM

Hình1.1: Sự cố sạt lở đường vào cầu Trường Phước

• Đường vào cầu kênh ngang – Quận 8

Hình 1.2: Sự cố sạt lở đường vào cầu Kênh Ngang

• Mất ổn định mái dốc nền đường đắp ở Thái Lan:

Hình 1.3: Mất ổn định mái dốc nền đường đắp

Đệm cát có ưu điểm: thi công đơn giản, giảm việc lún không đều của công trình, đồng thời làm tăng quá trình cố kết của đất nền Tuy nhiên, biện pháp này chỉ thích hợp với chiều cao nền đắp nhỏ, bề dày lớp đất yếu không quá dày

1.1.2.2 Xử lý nền bằng giếng cát kết hợp với gia tải trước

Sử dụng cho các loại đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái bão hòa nước có biến dạng lớn kéo dài theo thời gian

Tác dụng: giếng cát có 2 tác dụng chính

- Làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm cho công trình nhanh chóng đạt đến giới hạn lún và làm cho đất nền biến dạng đồng đều

- Trong trường hợp nếu khoảng cách được thiết kế hợp lý sẽ làm tăng độ chặt và sức chịu tải của đất nền

Hình 1.4 Sơ đồ kết hợp gia tải + thoát nước thẳng đứng

1.1.2.3 Xử lý nền bằng cọc cát

Tác dụng của cọc cát: khác với giếng cát, cọc cát làm cho đất nền nén chặt,

giảm độ rỗng, độ ẩm của đất giảm, trong lượng thể tích, mô đun biến dạng, lực dính và góc ma sát tăng, tăng sức chịu tải của đất nền Sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên

Kinh nghiệm cho thấy cọc cát thích hợp để xử lý các loại đất yếu như cát nhỏ, cát bụi rời bão hoà nước, các lớp đất có xen kẽ các lớp bùn mỏng, các loại đất dính yếu cũng như các loại bùn và than bùn

1.1.2.4 Cố kết đất nền bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước

Tác dụng: bấc thấm là loại thiết bị thoát nước chế tạo sẵn, có tác dụng tương tự như giếng cát và được dùng nhiều trong khoảng 20 năm gần đây do có nhiều

ưu điểm vượt trội

Đặc điểm: bấc thấm bao gồm bao lọc bằng vật liệu tổng hợp bao quanh trụ chất dẻo và có đặc điểm sau:

- Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm vào cọc bản nhựa

- Làm đường dẫn để thoát nước theo phương đứng

* Ưu điểm:

- Bấc thấm có khả năng thoát nước cao

- Dễ dàng công nghiệp hoá trong sản xuất

- Đảm bảo tính liên tục của đường thoát nước

- Thi công nhanh, giảm sự phá hoại kết cấu đất nền

* Nhược điểm :

- Giá thành cao

- Có thể bị tắc lúc thi công

Hình 1.5 Thi công bấc thấm ở Cần Giờ

1.1.2.5 Vải địa kỹ thuật

Nhờ có nhiều ưu điểm vượt trội nên trong những năm gần đây vải địa kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng nền đường đắp trên đất yếu

Vải địa kỹ thuật và các sản phẩm liên quan có rất nhiều chức năng và ứng dụng khác nhau, chủ yếu dựa trên 4 chức năng cơ bản sau :

- Phân cách

- Lọc

- Tiêu thoát nước

- Gia cường

Sau đây là những hình ảnh về việc sử dụng vải địa kỹ thuật:

Hình 1.6 Gia cường mái dốc Hình 1.7 Làm rãnh thoát nước

Hình 1.8 Trải trực tiếp lên đất yếu Hình 1.9 Tiêu nước cho sân vận động

Hình 1.10 Vải địa kỹ thuật gia cường Hình 1.11 Làm lớp ngăn cách

1.2 TỔNG QUAN VỀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT [1], [11]

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật giúp cho công nghệ vật liệu và kỹ thuật xây dựng cùng phát triển theo hướng thay thế các vật liệu tự nhiên bằng các vật liệu nhân tạo dùng trong xây dựng Trong đó, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng và phát triển từ đầu những năm 60 là một trong những vật liệu nhân tạo có khả năng thấm nước được dùng kết hợp với đất, đá nhằm cải thiện và gia tăng một số đặc tính cơ lý có lợi cho việc xây dựng công trình

Vải địa kỹ thuật được bắt đầu sử dụng với chức năng thay thế cho các tầng lọc ngược cổ điển trong các công trình ven biển ở Hà Lan và Mỹ vào những năm cuối thập kỷ 50 Năm 1956, tại Hà Lan người ta đã sử dụng 10 triệu m2 vải địa kỹ thuật để bảo vệ bờ biển ở Duch Delta Works Scheme

Từ những năm 60 đến những năm 80 của thế kỷ 20, hàng loạt sản phẩm vải địa kỷ thuật ra đời và mở rộng rất nhanh phạm vi sử dụng của nó Năm 1968, lần đầu tiên một công ty của Pháp đã sản xuất vải địa kỹ thuật loại không dệt theo phương pháp xuyên kim dưới tên thương mại là Bidim, sau đó công ty ICI sản xuất ra loại vải địa kỹ thuật không dệt bằng phương pháp ép nhiệt Chemic Line

ở Áo là một trong những người đi đầu trong sản xuất vải địa kỹ thuật không dệt Từ cuối thập kỷ 60 vải địa kỹ thuật được dùng với chức năng phân cách trong nền đường trên đất yếu Sang thập kỷ 70 vải địa kỹ thuật được sử dụng với chức năng gia cường mà đầu tiên là tường chắn bằng đất có cốt được xây dựng ở Pháp năm 1971 Trong vòng 10 năm (1970-1980) ở Bắc Mỹ đã sử dụng tới 90 triệu m2

Những năm 90 là thập kỷ sử dụng rộng rãi vải địa kỹ thuật vào các công trình xây dựng ngay cả ở các nước đang phát triển, đặc biệt là ở các nước khu vực ASEAN: Thái Lan, Philippin, Indonexia, Singapore, Malaysia, v.v… Đã có tới trên dưới 400 loại sản phẩm của các nhà sản xuất và hàng trăm loại theo ứng dụng và các chức năng cơ bản là: ngăn cách, lọc nước, tiêu nước, gia cường đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền, làm lớp bảo vệ và ngăn nước Thiết kế vải địa kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính điện tử đã đem lại hiệu quả rất lớn trong lĩnh vực gia cường nền đất kém ổn định, gia cường đất yếu trong xây dựng đường ôtô, đường sắt, đường sân bay, tường chắn đất, các công trình đường hầm xuyên qua lòng núi cao, hoặc sâu dưới bề mặt đất, các công trình đê đập thủy lợi và nền móng các nhà cao tầng

Ở Việt Nam, vào cuối những năm 90 của thế kỷ 20, vải địa kỹ thuật bắt đầu được dùng trong các dự án nâng cấp, cải tạo Quốc lộ có vốn đầu tư nước ngoài như Quốc lộ 5, Quốc lộ 51, Quốc lộ 10 và một số đường cao tốc: Láng Hòa Lạc, đường Hồ Chí Minh xuyên từ Bắc vào Nam, mở rộng Quốc lộ 1A, đường cao tốc Sài Gòn - Trung Lương, đường Nam sông Hậu, san lấp mặt bằng nhà máy PVC Phú Mỹ, đê lấn biển Rạch Giá, tường kè Rạch Tây Ninh và một số tường kè ven sông Sài Gòn

1.2.1 Phân loại vải

Phân loại theo cách sản xuất, vải địa kỹ thuật được chia làm 2 nhóm chính là:

- Vải dệt

- Vải không dệt

Dựa theo các công nghệ khác nhau trong các liên kết giữa các sợi với nhau, vải địa kỹ thuật không dệt còn được chia thành 3 loại chính như sau :

- Vải địa kỹ thuật không dệt, liên kết xuyên kim

- Vải địa kỹ thuật không dệt, liên kết nhiệt

- Vải địa kỹ thuật không dệt, liên kết hóa học

Ngoài ra còn có loại vải được sản xuất bằng cách kết hợp đồng thời giữa dệt và không dệt hoặc giữa các công nghệ không dệt với nhau trong cùng một sản phẩm

1.2.2 Các chức năng của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật và các sản phẩm liên quan có rất nhiều chức năng và ứng dụng khác nhau Nhưng trong xây dựng các công trình trên đất yếu, chủ yếu dựa trên 4 chức năng cơ bản sau : phân cách, lọc, tiêu thoát nước, gia cường

1.2.2.1 Phân cách

Vải địa kỹ thuật đóng vai trò phân cách khi nó được đặt nằm giữa nền đất yếu và lớp vật liệu tốt đắp bên trên nhằm ngăn cản sự trộn lẫn giữa 2 loại vật liệu này với nhau Vải địa kỹ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất vật liệu đắp do chìm lún vì vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng Ngoài ra vải địa kỹ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập làm suy giảm lớp cốt liệu đắp bên trên, nhằm bảo vệ các đặc tính cơ lý của vật liệu đắp (mođun đàn hồi, góc ma sát …) Điều này đặc biệt quan trọng cho việc duy trì khả năng hấp thu, chống chịu, truyền và phân bố hữu hiệu toàn bộ tải trọng trong giai đoạn thi công

Cốt liệu thô đắp trực tiếp trên nền đất yếu rất dễ bị mất ổn định (cục bộ) dưới tải trọng trùng phục của xe Do đó vải địa kỹ thuật đã được nghiên cứu sử dụng làm lớp phân cách nhằm ổn định nền đất yếu Vải địa kỹ thuật có thể gia tăng khả năng chịu tải (cục bộ) của nền đất yếu, làm giảm vết lún do bánh xe gây ra trong quá trình thi công, ngăn cản sự lún chìm của các hạt đất đắp xuống nền đất yếu và sự xâm nhập của nền đất yếu vào các khe rỗng của đất đắp Vì vậy, vải địa kỹ thuật phân cách được dùng để:

- Giảm chiều dày của lớp đất đắp nền đường

- Giảm chiều sâu vết lún

- Tăng khả năng đầm chặt và tạo điều kiện thi công thuận lợi

Cơ chế làm việc theo như sau:

- Ngăn cản sự chuyển vị cục bộ của hạt đất ở vùng tiếp giáp giữa đất đắp và nền đất yếu do đó tăng khả năng chịu tải cục bộ và giữ được chiều dày ban đầu của lớp đất đắp dưới tác dụng của tải trọng trùng phục của bánh xe

- Ngăn cản chuyển vị ngang, tạo ra áp lực hông và ứng suất tiếp hướng nội và do đó gia tăng khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới tải trọng của bánh xe

1.2.2.2 Lọc

Vải địa kỹ thuật có chức năng như 1 tầng lọc ngược khi được đặt tiếp xúc với đất Nó cho phép nước chảy qua nhưng đồng thời phải ngăn cản sự cuốn theo các hạt đất xuyên qua vải Do đó nó đòi hỏi đồng thời cả 2 đặc tính là thấm nước (yêu cầu phải có cấu trúc rỗng để thấm nước) và ngăn giữ đất (cần phải có kích thước lỗ rỗng vừa đủ nhỏ để chặn giữ đất) Ngoài các đặc tính trái ngược nhau này, điều quan trọng là vải địa kỹ thuật phải liên tục kết hợp thực hiện các chức năng này trong suốt thời kỳ thiết kế của bất kỳ ứng dụng nào

1.2.2.3 Tiêu thoát nước

Vải địa kỹ thuật ngoài khả năng thấm lọc nước theo phương thẳng góc với vải, nó còn đóng vai trò tiêu thoát nước theo phương song song mặt phẳng vải (trong bề dày của vải địa kỹ thuật) Nó giúp thu gom các chất lỏng hoặc khí và dẫn truyền chúng trong mặt phẳng vải đến nơi tiêu thoát Do đó có thể tiêu tán nhanh chóng áp lực nước kẽ rỗng thặng dư của đất trong quá trình thi công cũng như sau khi xây dựng dẫn đến sức kháng cắt của đất nền sẽ được tăng lên và do đó tăng khả năng ổn định tổng thể của công trình theo thời gian

Vải địa kỹ thuật không dệt, xuyên kim có chiều dày và tính thấm lọc nước cao là vật liệu có khả năng tiêu thoát tốt theo cả phương vuông góc và trong mặt phẳng vải

Các loại vải địa kỹ thuật dệt hoặc vải không dệt liên kết nhiệt đều có khả năng tiêu thoát nước kém (đặc biệt theo bề mặt tiếp xúc giữa đất và vải) Thêm vào đó, các loại vải này có khuynh hướng “đóng bánh” gần vải, hình thành một màng ngăn không thấm nước do sự tích tụ các hạt đất nhỏ, mịn dưới tác dụng động của tải trọng giao thông Điều này làm giảm đáng kể khả năng thấm thoát nước của chúng

1.2.2.4 Gia cường

Với các công trình đắp cao như : đường đắp cao, đê đập, đường vào cầu, đường có mái dốc lớn hoặc thẳng đứng… khi đó dưới tác dụng của tải trọng bản thân lớn (do đắp cao) và tải trọng giao thông sẽ gây ra biến dạng cắt trượt trong đất và phát triển thành mặt trượt phá hoại gây mất ổn định công trình Thông thường biến dạng cắt sẽ gây ra những vùng chịu kéo và nén trong đất Do đó vải địa kỹ thuật với khả năng chịu kéo tốt được đặt theo phương của biến dạng kéo,

giúp gia cường khắc phục nhược điểm chịu kéo kém của đất Lực kéo trong vải được huy động thông qua thông qua lực ma sát tại mặt tiếp xúc giữa vải với đất khi có chuyển vị trượt tương đối giữa chúng Khả năng chịu kéo của vải đóng vai trò gia cường, góp phần làm giảm thành phần lực gây phá hoại, đồng thời làm tăng thành phần lực chống phá hoại trong đất giúp gia tăng độ ổn định của công trình

Nhận xét: Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, chủng loại vải địa

kỹ thuật ngày càng phong phú với nhiều chức năng khác nhau Thực tế cho thấy việc sử dụng vải địa kỹ thuật rất hiệu quả và kinh tế do đó biện pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa là một trong những biện pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH

VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

CÓ SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

2.1 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH

2.1.1 Tính toán ổn định nền đường

2.1.1.1 Tính ổn định theo tải trọng an toàn q at [8]

Tải trọng an toàn tương ứng với tải trọng giới hạn thứ nhất, nền đất vẫn ở trong giai đoạn nén chặt, chưa bị phá hoại

Tải trọng giới hạn thứ nhất hay qat được tính toán theo lý luận nửa không gian biến dạng tuyến tính, xuất phát từ điều kiện cân bằng giới hạn Mohr – Rankin và các biểu thức tính ứng suất của lý thuyết đàn hồi để nghiên cứu vùng biến dạng dẻo

Trường hợp tải trọng nền đường phân bố theo dạng tam giác cân hay gần với dạng tam giác cân

0

sincos

b C

Trong đó:

b : nửa chiều rộng của đáy nền đường

cw, w : dung trọng, lực dính và góc nội ma sát trong của nền đất yếu

o : Hệ số phụ thuộc vào góc nội ma sát w, hệ số này ứng với vùng phá hoại chỉ xuất hiện tại một nhân điểm

qat = 0.C (2-3) Trong đó: 0 – hệ số phụ thuộc vào tỉ số a/b và theo bảng 2.2

b : nửa chiều rộng của đáy nền đường

a : chiều rộng của 01 mái ta luy

3.62 3.70 3.80 3.90 4.05 4.22 4.36

4.19 4.31 4.42 4.54 4.72 4.95 5.07

4.86 4.97 5.18 5.31 5.50 5.78 5.98

5.65 5.83 6.05 6.24 6.50 6.85 7.09

8.00 8.27 8.61 8.92 9.33 9.80 10.20

Trường hợp tải trọng nền phân bố gần với dạng hình chữ nhật có thể xác định tải trọng an toàn theo công thức O.K Frohlich –N.P.Purưrevski dùng cho trường hợp tải trọng phân bố đều (khi vùng phá hoại chỉ xuất hiện chỉ tại 2 điểm ở mép diện chịu tải)

2

Khi =0 tải trọng an toàn trong trường hợp tải trọng phân bố đều được xác định theo công thức:

q

2.1.1.2 Tính ổn định theo tải trọng cho phép [8]

Khi ta tính toán theo tải trọng an toàn thì quá thiên về an toàn, đất nền mới kết thúc giai đoạn nén chặt và bắt đầu xuất hiện vùng biến dạng dẻo ở đáy mép móng hay diện chịu tải, thật ra nếu tiếp tục tăng tải trọng trong một phạm vi nhất định đất nền vẫn hoàn toàn đủ khả năng chịu tải, vùng biến dạng dẻo tiếp tục phát triển, ở đây theo qui phạm Việt Nam và một số nước cho phép vùng biến dạng dẻo phát triển đến ¼ chiều rộng diện chịu tải, với cách tính này nền vẫn coi như ổn định

Trường hợp tải trọng phân bố theo dạng tam giác hay hình thang cân (tải trọng tiêu biểu nền đường) một số kết quả nghiên cứu của các tác giả một số nước Trung Quốc, Triều Tiên đã xác định tải trọng cho phép ứng với vùng phá hoại có chiều rộng lớn nhất bằng 0.3-0.6 chiều rộng đáy nền đường

Tuy nhiên khi sử dụng lý thuyết lưu biến để phân tích ổn định và biến dạng của nền, các kết quả nghiên cứu đã cho những nhận xét sau:

Hình 2.1: Một thí dụ tương quan vùng biến dạng dẻo và vùng từ biến

d=x/b o

v=Z/b Vùng từ biến Vùng biến dạng dẻo

Xung quanh vùng biến dạng dẻo tồn tại vùng biến dạng từ biến

Khi vùng biến dạng dẻo tồn tại tại một điểm trong nền (trường hợp tải trọng phân bố theo dạng hình tam giác cân và hình thang cân), vùng từ biến đã phát triển đến bề rộng lớn nhất bằng 0.3 – 0.6 bề rộng của đáy nền đường Khi vùng biến dạng dẻo có bề rộng bằng 0.3 – 0.5 bề rộng của đáy nền đường, vùng biến dạng từ biến có bề rộng đạt tới bề rộng của diện chịu tải Có nghĩa là vùng biến dạng từ biến có kích thước đáng kể trong một số trường hợp, có thể làm cho nền đất yếu có biến dạng từ biến không tắt dần theo thời gian Vì thế, trong trường hợp này, nền đất có thể coi là ổn định khi xét theo mức độ tồn tại của vùng phá hoại, nhưng lại không ổn định khi xét theo mức độ tồn tại của vùng biến dạng từ biến

Như vậy, với sơ đồ tải trọng nền đường phân bố theo dạng hình tam giác cân và hình thang cân việc tính toán và đánh giá ổn định của nền theo tải trong cho phép chỉ có thể dùng với trường hợp vùng biến dạng dẻo và vùng từ biến thu hẹp dần theo thời gian do tác dụng cố kết của nền đất yếu dưới tác dụng của chính nền đường đắp từ từ theo một số giai đoạn cùng với một số biện pháp phụ trợ (như bệ phản áp, giếng cát …) để làm tăng mức độ ổn định và tốc độ cố kết của đất nền

2.1.1.3 Đánh giá ổn định của nền dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn

I

III III

qgh

Hình 2.2 : Sơ đồ tải trọng giới hạn và các vùng cân bằng giới hạn

I – Vùng nén chặt; II – Vùng biến dạng dẻo; III – Vùng trượt bị động

Khi đất tại một điểm đạt trạng thái cân bằng giới hạn thì ở đó sẽ xảy ra hiện tượng trượt cục bộ Nguyên lý của phương pháp cân bằng giới hạn là xét trạng thái cân bằng tĩnh và cân bằng giới hạn của một nguyên tố đất dựa vào việc giải các phương trình vi phân cân bằng tĩnh và điều kiện cân bằng giới hạn tại một điểm, người ta xét tới trạng thái ứng suất tại các điểm trong vùng trượt, từ đó tìm

ra tải trọng giới hạn

x z

xz x

xz z

sin)

cot.2(

4)(

x z

xz x

Năm 1920, L.Prandtl đã giải hệ phương trình trên với đất không trọng lượng

hông q0 = h được xác định theo biểu thức:

g c q

sin 1

sin 1 ) cot

Z

qoX

Hình 2.3: Sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt

theo lời giải Prandtl cho đất không trọng lượng

Cu – Lực dính của đất nền yếu cắt trong điều kiện không thoát nước

 và H – Trọng lượng thể tích và chiều cao của đất đắp nền đường

Khi xét đến ảnh hưởng trọng lượng thể tích của đất ( 0) việc giải hệ phương trình (2-8) và (2-9) trở nên rất phức tạp và chưa có kết quả Các tác giả K.Terzaghi, A.Caquot, J.Kérisel, V.G.Bérézantsev và một số người khác, chấp nhận dùng các lưới đường trượt tìm được theo lời giải chính xác của Prandtl cho đất không trọng lượng để giải các phương trình nêu trên và xác định gần đúng tải trọng giới hạn dưới móng băng cứng để cho đất có trọng lượng Trong trường hợp này có thể nêu lên lời giải của V.G.Bérézansev ứng với sơ đồ nêu trên hình 2.4 cho bài toán phẳng :

qgh = N..b1 + Nq.q0 + Nc.c (2-13) Trong đó: N, Nq, Nc – Các hệ số khả năng chịu tải để cho bài toán phẳng, được xác định theo bảng 2.3

b1 – Nửa chiều rộng của tải trọng hình băng

q0 = h – Tải trọng hông

c – Lực dính của đất

Bảng 2.3 Trị các hệ số sức chịu tải dùng cho công thức (2-13)

Các hệ số 16 18 20 22 24  (độ) 26 28 30 32 34

N 3.4 4.6 6.0 7.6 9.8 13.6 16.0 21.6 28.6 39.6

Nq 4.4 5.3 6.5 8.0 9.8 12.3 15.0 19.3 24.7 32.6

Nc 11.7 13.2 15.1 17.2 19.8 23.2 25.8 31.5 38.0 47.0 L/2b1 1.6 1.7 1.9 2.0 2.1 2.3 2.5 2.6 2.8 3.1

Hình 2.4 Sơ đồ các vùng cân bằng giới hạn và các mặt trượt theo đề nghị của

V.G.Berézantsev cho đất có trọng lượng

Đến nay lý thuyết cân bằng giới hạn chưa có lời giải chính xác cho môi trường đất có trọng lượng, chưa có lời giải (dù là gần đúng) cho trường hợp tải trọng phân bố theo hình tam giác và hình thang Vì thế các lời giải nêu trên chỉ có thể tham khảo và tính toán gần đúng ổn định của nền đất khi tải trọng nền đường phân bố theo dạng hình chữ nhật hoặc gần tải chữ nhật

Tải trọng hông q có thể tính theo độ lún sâu trung bình của đáy nền đường vào trong đất yếu

Công thức (2-13) và bảng 2.3 chỉ dùng cho đất nền có góc nội ma sát

 160 Đối với đất có  < 160có thể gần đúng các hệ số sức chịu tải N, Nq và

Nc bằng cách vẽ các đường N, Nq và Nc theo các trị  160, sau đó kéo dài thêm các đường này về phía  < 160để tìm theo cách ngoại suy các trị N, Nq và Nc

ứng với các  < 160

Vì tải trọng giới hạn ứng với sức chịu tải cạn kiệt của đất nền, nên không thể sử dụng trị toàn bộ của nó để kiểm tra ổn định của nền mà phải sử dụng nó thông qua hệ số an toàn, tức là tải trọng tính toán:







2 4







2 4







2 4







q

Trong đó: F – Hệ số an toàn của nền

Để đảm bảo ổn định tốt cho nền cả về độ bền và biến dạng trong trường hợp diện chịu tải đặt nông như đáy nền đường, hệ số an toàn có thể chọn trong khoảng 1.5 – 2.0

Đối với nền đất dưới các móng nông quan trọng và các móng sâu hệ số an toàn đối với tải trọng giới hạn có thể chọn từ 2 đến 4

2.1.1.4 Ổn định chống lún trồi

Khi mất ổn định do lún trồi thì nền đất yếu bị phá hoại do lún xuống ở phần giữa, đồng thời bị trồi lên ở hai bên chân ta luy Hình thức phá hoại này thường xảy ra khi nền đất yếu gồm một lớp đất kẹp rất mềm kẹp giữa hai lớp có cường độ cao hơn

Trường hợp nền đường có chiều rộng bé đắp trên một lớp đất yếu dày (tỷ số (B/h) ≤ 1.49) thì áp lực giới hạn qgh bất lợi nhất của nền đất yếu được tính theo công thức

Trong đó Cu : Lực dính không thoát nước

Ưùng suất do nền đường (chiều cao H, đắp bằng đất có trọng lượng thể tích đ) gây ra ở dưới tim nền đắp là: q=đ.H

Hệ số an toàn :

H

C q

q F

đ

u gh

Hình 2.5 Biểu đồ tra hệ số Nc

2.1.1.5 Phương pháp cân bằng giới hạn trên mặt trượt trụ tròn

Thật ra ở đây ta xác định tải trọng giới hạn thứ 2 qghII, tức đất nền bị phá hoại khi vượt qua giới hạn này, khi đó đất sẽ mất ổn định, các mặt trượt xuất hiện

Mặt trượt trên lý thuyết có thể là một mặt trượt hình trụ nhưng cũng có thể là một mặt trượt hình dáng gấp khúc, thực tế cho thấy mặt trượt thường xuất hiện dưới dạng trụ tròn

Đánh giá nền bị phá hoại thông qua hệ số an toàn :

F

tg u c

l F

l

m m

) ' ) (

' (



Hệ số an toàn F:

Là hệ số trong đó các thông số cường độ chống cắt phải giảm đi để đưa khối đất về trạng thái cân bằng giới hạn dọc theo mặt trượt giả định

Theo W.Fellenius (phương pháp phân mảnh cổ điển)

Giả thiết mặt trượt trụ có hình dạng trụ tròn, khối đất trượt là khối đất cố thể, trạng thái ứng suất giới hạn chỉ xảy ra trên mặt trượt

l

E1 X1

E2 X2 W

O



Sm

Wi E1 X1

X2 E2

N

Rsin 

R

R



Hình 2.6 Phân tích cung trượt theo W.Fellenius

Các giả thuyết:

- Các lực giữa các mảnh bằng nhau và ngược chiều nên triệt tiêu lẫn nhau, có nghĩa E = 0 và X = 0

Trong đó:

F: Hệ số an toàn

N : Tổng lực pháp tuyến trên đáy phân tố

N’: Tổng lực pháp tuyến hiệu quả trên đáy phân tố N’=N-ul

m; hay Sm : lực cắt phát sinh trên đáy mỗi phân tố

E1, E2 : lực pháp tuyến tương tác ngang giữa các phân tố

X1, X2: lực cắt tương tác đứng giữa các phân tố

W : trọng lượng phân tố có chiều rộng b và chiều cao h

Phương trình cân bằng moment quanh điểm O

 fc n u tg c n tg (2-21) Thay vào (4-18) ta được

tg N l

c W

l

Phương trình cân bằng theo phương pháp tuyến

N=WcosN’=N-ul=Wcosul (2-23) Thay vào phương trình (2-22)

W

tg ul W

l c

Theo A.V Bishop (1955)

Các giả thuyết :

Cân bằng giới hạn xảy ra trên mặt trượt trụ tròn

Các lực tiếp tuyến bằng nhau và ngược chiều nhau X1=X2 và E1E2 hay X=0 và E>= 0

l

E1 X1

E2 X2 W O

R

R



Hình 2.7 Phân tích ổn định theo phương pháp A.V Bishop

Phương trình cân bằng momen :

Tổng momen do phản lực trên toàn khối trượt bằng 0 Tương tự như phương pháp W.Fellenius ta được kết quả

tg N l

c W

l ul

N

Biến đổi và rút gọn :

F tg

ul F

l c W

N   





sin'

cos

cossin

.''

]')(

'[sin

1

F tg tg

tg ul W l c W

'[

i i

i i i

W m

tg ul W l c