Giáo trình nền đường sắt part 2

Chia sẻ: Asdhdk Dalkjsdhak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chạy trên đường ray là đoàn tàu – một chuỗi các phương tiện tự vận hành – là đầu tàu, hoặc không tự vận hành – là toa tàu nối với nhau. Tiếp xúc với đường ray là bánh thép. Các toa tàu di chuyển trên đường ray với lực ma sát ít hơn rất nhiều so với các phương tiện dùng bánh cao su trên đường thông thường và do đó đầu tàu dùng kéo các toa tàu sử dụng năng lượng hiệu quả hơn....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình nền đường sắt part 2

. Hình 1-16. Lo i hình m t c t n n ñ p dùng các lo i v t li u khác nhau. 1.3.2. Hình d ng ta luy và ñ d c mái n n ñ p Hình d ng mái d c n n ñ p và ñ d c mái ta luy n n ñ p, căn c vào tính ch t cơ v t lý c a v t li u ñ p, chi u cao ta luy, t i tr ng ñoàn t u và ñi u ki n ñ a ch t công trình ñ quy t ñ nh. Khi ñi u ki n c a móng ñ t, cao ñ ta luy không l n hơn ph m vi c a (b ng 1- 9) thì hình d ng c a ta luy thi t k cho phù h p. Hình d ng và ñ d c ta luy n n ñ p B ng 1-9 Chi u cao ta luy ð d c ta luy Hình Lo i v t li u ñ p d ng ta Toàn Ph n Ph n Toàn b Ph n Ph n luy b (m) trên (m) dư i (m) (m) trên (m) dư i (m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) ð t h t nh 20 8 12 --- 1:1, 5 1:1, 75 Hình g y ð t h t thô (tr cát nh , cát b t, ñ t sét 20 12 8 --- 1:1, 5 1:1, 75 Hình g y ) ñ t s i, ñá cu i, ñá v v n) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Hình ðá hòn c ng 8 --- --- 1:1, 3 --- --- th ng Nñs.40
Hình 20 --- --- 1: 1, 5 --- --- th ng Khi v t li u ñ p s d ng ñá hòn không d b phong hoá ñư ng kính l n hơn 25mm, ta luy ñ p khô thì ñ d c ta luy căn c vào tình hình c th ñ quy t ñ nh, khi v t li u ñ p là ñá m m d phong hoá thì ñ d c c a ta luy nên căn c vào ch t ñ t sau khi phong hoá c a ta luy ñ tính toán. Khi chi u cao ta luy l n hơn giá tr trong (b ng 1-9), thì hình d ng và ñ d c c a ta luy ph n dư i tho i ra, nên căn c vào s phân tích n ñ nh c a tính ch t v t li u ñ tính toán quy t ñ nh, h s an toàn n ñ nh nh nh t là 1, 15 ~ 1, 25 thì hình d ng ta luy nên s d ng hình b c thang. Ngoài chân ta luy c a n n ñ p nên thi t k ñư ng b o h t nhiên có ñ r ng không nh hơn 2m, t i nh ng ño n ru ng ñ t t t, khu cây tr ng kinh t ñ ñ m b o s n ñ nh c a n n ñ p có th ñ t ñư ng b o h b r ng không nh hơn 1m ho c xây tư ng ch n chân d c. 1.3.3. Thi t k n n ñ p Trong công trình n n ñ p, khi ñi u ki n móng và ch n v t li u ñ p thân n n ñ p v i yêu c u ñ m nén ch t so v i yêu c u (b ng 1-9) không phù h p thì thi t k d c ta luy nên ti n hành ki m toán tính n ñ nh c a d c ta luy ñ thi t k , ñ ñ m b o s n ñ nh c a n n ñ p và h p lý v kinh t cho công trình. N n ñư ng s t là công trình kéo dài theo tuy n ñư ng, trong ph m vi tương ñ i dài có th coi ng su t, bi n d ng ñ u song song v i m t c t ngang n n ñư ng và không thay ñ i v ñ dài. Do v y, phân tích s n ñ nh c a ta luy có th x lý theo m t ph ng. 1.3.3.1. Tính n ñ nh c a ta luy Dư i tác d ng c a t i tr ng ñ ng ñoàn t u, tr ng lư ng k t c u t ng trên, tr ng lư ng kh i ñ t và các nhân t t nhiên, ñ c bi t s thay ñ i c a ñi u ki n thu văn, khí h u, s làm cho cư ng ñ ch ng c t c a ñ t n n ñư ng gi m xu ng, cũng có th làm cho hàm lư ng nư c tăng lên, d n ñ n kh i ñ t ta luy n n ñư ng di ñ ng trư t, làm cho n n ñư ng b phá ho i. Tính n ñ nh c a ta luy n n ñư ng không ch quy t ñ nh b i tác d ng c a nhân t bên ngoài c a ñ t n n ñư ng mà còn quy t ñ nh b i thi t k ta luy có h p lý, chính xác không. Do v y, thi t k ta luy n n ñư ng là m t h ng m c công vi c r t quan tr ng trong công trình n n ñư ng, ñ c bi t n n ñư ng t i tr ng tr c l n, t c ñ cao. Căn c vào ñi u tra và phân tích, hình thái phá ho i c a ta luy n n ñư ng trong lo i ñ t ñ u là cát mà hàm lư ng h t ñ t dính tương ñ i ít, thì hình d ng m t di ñ ng trư t c a nó g n v i m t ph ng. Trong ñ t có sét dính mang tính ñ ng nh t và trong cát b t nh bão hoà ho c th m ư t, m t di ñ ng trư t g n gi ng m t tr tròn, ch t ñ t n n ñư ng có m t m m y u như m t nư c ng m ng m ư t ho c m t ti p xúc ñ t ñá xu t hi n m t di ñ ng trư t mà hình d ng không quy ñ nh. Do v y n n ñư ng có th coi là công trình xây d ng b ng ñ t d ng kéo dài vô h n trên m t ñ t, cho nên phân tích tính n ñ nh c a n n ñư ng có th coi là x lý v n ñ m t ph ng. Nñs.41
Trong m t ph ng và m t di ñ ng trư t tr tròn, ki m toán n ñ nh c a ta luy n n ñư ng là căn c vào cư ng ñ ch ng c t c a kh i ñ t ta luy, ñ i v i ta luy ñư c thi t k , m i m t di ñ ng trư t gi ñ nh ñ u có kh i ñ t trư t tương ng, sau ñó phân tích tác d ng c a nhân t trư t và ch ng trư t c a kh i di ñ ng trư t gi thi t, l y giá tr K là h s n ñ nh. Trong r t nhi u kh i ñ t trư t ñư c gi thi t, tìm ñư c giá tr K nh nh t t c là KMin, xem xét giá tr KMin có ñáp ng ñư c giá tr quy ñ nh ñ d c 1/m ñ tho mãn tính n ñ nh c a ta luy ñư c thi t k . N u giá tr KMin nh hơn giá tr quy ñ nh thì th y r ng tính n ñ nh c a ta luy ñư c thi t k là không ñ , nên thay ñ i thi t k ta luy ñ ñáp ng ñư c h s n ñ nh cho phép [K]. N u giá tr KMin l n hơn giá tr cho phép r t nhi u thì th y r ng ñ d c c a ta luy thi t k quá b ng ph ng, nên d c hơn thì m i ñ m b o k thu t. 1. Phương pháp ki m toán m t trư t ta luy là m t trư t ph ng Góc ma sát trong c a ñ t ϕ, l c dính k t C, (hình 1-17). Hình 1-17. Sơ ñ ki m toán m t trư t ta luy là m t trư t ph ng ñ t cát. Theo hư ng d c l y 1m dài n n ñ p ñ phân tích tính n ñ nh. Qua ñi m A có th làm r t nhi u m t trư t gi ñ nh, l y m t trư t AB làm ví d . Phân tích tính n ñ nh c a kh i ñ t ABCDEFGHA di ñ ng trư t. Tr ng lư ng c a kh i ñ t là Q, tr ng lư ng này bao g m t i tr ng ñoàn t u, k t c u t ng trên cho 1m dài và tr ng lư ng c a chính kh i ñ t. Tr ng lư ng kh i ñ t Q là: sin (α − β ) 1 Q = γω = γ .h.L. (1-8) sin α 2 Toàn b t i tr ng c a kh i ñ t trư t là: Q0 = Q + γ .h0 .l o Trong ñó: γ - dung tr ng ñ t (kN/m3); ω- di n tích m t trư t (m2); h – chi u cao ta luy (m); Nñs.42
L – chi u dài m t trư t (m); l0 – chi u r ng c a c t ñ t tính ñ i (m); h0 – chi u cao c t ñ t tính ñ i (m); C – l c dính k t c a ñ t (kPa); α - góc nghiêng c a mái ta luy so v i m t ph ng n m ngang; β - góc nghiêng c a m t ph ng trư t so v i m t ph ng n m ngang. V y toàn b t i tr ng c a kh i ñ t là: sin (α − β ) 1 Q0 = Q + γ .h0 .l 0 = γ .h.L. + γ .h0 .l 0 (1-9) sin α 2 Trên m t trư t Q có th chia thành phân l c N hư ng pháp tuy n và phân l c T hư ng ti p tuy n, t c là: N = Q0.cosβ T = Q0.sinβ (1-10) Trên m t trư t sinh ra l c ma sát N.tgϕ, l c dính k t là C.L, l c di ñ ng trư t là T, và l c ch ng trư t là T’ cùng phương ngư c chi u v i T: T’ = N.tgϕ = Q0.f. cosβ Trong ñó: f – h s ma sát c a ñ t, f = tgϕ (ϕ là góc ma sát trong c a ñ t). V y h s n ñ nh K c a n n ñư ng là: N .tgϕ + C.L K= T (1-11) Q0 . cos β .tgϕ + C.L K= Q0 . sin β Như v y qua ñi m A có th làm vô s m t di ñ ng trư t gi thi t AB1; AB2; AB3;.... v i góc k p gi a cùng m t n m ngang là β1; β2; β3...., tương ng như v y có th tính ñư c h s n ñ nh K1, K2, K3...., trong m t lo t giá tr K có th tính ñư c m t trư t ñ i di n cho KMin giá tr nh nh t, g i là m t trư t nguy hi m nh t. β0 cũng có th dùng phương pháp n a ñ th ñ tìm ñư c do các góc nghiêng β1; β2; β3 và các h s n ñ nh tương ng tính ñư c K1, K2, K3, căn c k t qu Ki v thành ñư ng cong K = f (β), (hình 1-18). V m t ñư ng th ng ti p tuy n v i ñư ng cong và song song v i tr c n m ngang m t góc β. T ti p ñi m v ch m t ñư ng th ng và giao nhau v i tr c β là β0; β0 là góc nghiêng nguy hi m nh t. ð dài ño n vuông góc này chính là h s n ñ nh nh nh t KMin. Nñs.43
Hình 1-18. Hình v t ñư ng cong K = f (β) ñ xác ñ nh KMin Tr s KMin và β0 có th dùng phương pháp dư i ñây tìm ñư c vì K = f(β) khi K là tr nh nh t K0 có th ñ o hàm b c nh t K theo β b ng 0 d 2K dK = 0; và >0 (1-12) dβ dβ 2 T c là có th tìm ñư c góc nghiêng nguy hi m nh t β = β0 và h s n ñ nh nh nh t tương ng KMin. N u ñ t cát tinh khi t có h s C = 0 thì có th tìm ñư c: tgϕ K= (1-13) tgβ Khi góc nghiêng β và góc ma sát trong c a ñ t ta luy như nhau (K = 1), t c là ñ d c ta luy vào tr ng thái cân b ng n ñ nh, ch c n x lý β < ϕ thì s ñư c K > 1 ta luy ñã có th n ñ nh. 2. Tính toán n ñ nh c a ta luy b ng phương pháp phân m nh cung tròn Khi ch t ñ t ta luy c a n n ñ p ho c ñào là ñ t nguyên sét, ñ ng nh t. Do ta luy quá d c mà hình thành m t di ñ ng trư t thư ng g n gi ng hình tr tròn, trên m t c t ngang g n gi ng d ng cung tròn phù h p v i th c t c a công trình. Cho nên c n ph i phán ñoán ta luy ñư c thi t k có ph i quá d c ñ sinh ra di ñ ng trư t hay không, có th dùng phương pháp m t di ñ ng trư t tr tròn ñ i v i ta luy c a n n ñ p ho c n n ñào ñư c thi t k ñ ti n hành ki m toán tính n ñ nh. Trong phương pháp cung tròn thư ng dùng phương pháp phân m nh c a tác gi (Fellenius) ñưa ra làm phương pháp cơ b n ñ phân tích tính n ñ nh c a ta luy ñ t sét (hình 1-19). Hình 1- 19 Sơ ñ ki m toán b ng phương pháp cung tròn phân m nh. Nñs.44
Ki m toán b ng phương pháp cung tròn phân m nh (hình 1-19) là gi ñ nh kh i di ñ ng trư t ABC là m t kh i th ng nh t, theo m t cung tròn gi thi t AB làm c kh i di ñ ng trư t hư ng xoay quanh tâm tròn O hư ng di ñ ng xu ng dư i, ñi u ki n c a di ñ ng trư t theo m t di ñ ng trư t có th dùng giá tr K là t l gi a l c ch ng trư t và l c di ñ ng trư t, t c là: MY K= (1-14) M0 Trong ñó: MY – l c ch ng trư t ngăn c n kh i ñ t di ñ ng trư t men theo m t di ñ ng trư t AB, s n sinh ra m t mô men l c; M0 – l c di ñ ng trư t do kh i ñ t di ñ ng trư t men theo m t di ñ ng AB s n sinh ra m t giá tr mô men l c; K – h s n ñ nh. - N u K > 1 thì giá tr l c ch ng trư t l n hơn giá tr l c di ñ ng trư t, khi ñó ta luy là n ñ nh, m t di ñ ng trư t và kh i ñ t di ñ ng trư t s không s n sinh; - N u K < 1 thì kh i ñ t di ñ ng trư t, gi thi t s phát sinh và di ñ ng trư t hư ng xu ng dư i; - N u K = 1 thì kh i ñ t di ñ ng trư t s tr ng thái gi i h n. Trên th c t do kh i ñ t di ñ ng trư t gi ñ nh theo m t cung tròn, v i kh i trư t di ñ ng là m t th th ng nh t, ch tiêu cư ng ñ c a ñ t ñư c s d ng trong ki m toán không th hoàn toàn ph n ánh tình hình th c t , tính ñ n lư ng d tr an toàn nh t ñ nh, giá tr KMin nh nh t c a h s n ñ nh ta luy n n ñáp ng giá tr quy ñ nh trong kho ng 1,15~1,25. N u như d c ta luy c a thi t k có kh năng ñáp ng m t yêu c u này thì cho r ng ta luy n ñ nh. Khi dùng m t trư t cung tròn gi thi t ti n hành ki m toán n ñ nh ta luy ñ tính giá tr MY và M0 như sau: Theo hư ng d c tuy n ñư ng, c 1m dài l y kh i ñ t n n ñ p làm ñơn v tính toán, gi ñ nh trư t tròn qua ñi m A và B trên m t c t và v trí cung tròn di ñ ng trư t ñư c gi ñ nh, l y kh i ñ t di ñ ng trư t chia thành nhi u ñư ng th ng ñ ng, kho ng cách các ñư ng th ng thông thư ng không quá 2 ~ 4m, ñ i v i ch g y khúc ñư ng vi n m t c t ngang n n ñư ng ho c ñi m thay ñ i tính ch t ñ t, giao ñi m c a v trí m ch nư c ng m và cung tròn c n ti n hành phân m nh, ñư ng phân ñư c càng dày thì k t qu tính toán càng chính xác. Gi a các ñư ng th ng ñ ng phân m nh ñư c gi thi t không truy n ng su t cho nhau, thông qua tr ng tâm các m nh ñ t s chia tr ng lư ng m nh ñ t Qi tác d ng lên trên m t trư t có th chia thành phân l c pháp tuy n Ni th ng góc v i m t trư t và phân l c hư ng ti p tuy n Ti là: Ni = Qi. cosαi Ti = Qi. sinαi (1-15) Trong ñó: Nñs.45
αi – góc k p gi a ñư ng ti p tuy n giao ñi m trên m t trư t v i ñư ng th ng ñ ng qua tr ng tâm mi ng th i và m t n m ngang; L y các l c c a các m nh tác d ng trên ño n cung trư t tròn tương ng, t c là Nitgϕ; CiLi và Ti phân bi t nhân v i cánh tay ñòn thì ñư c l c ch ng trư t chuy n ñ ng quanh tâm tròn ΣMY và l c trư t M0 t c là: M0 = ΣMi0 = R. ΣTi MY = ΣMiY = R ( ΣNi tgϕi + ΣCi Li + ΣTi’ ) = R ( Σfi Ni + ΣCi Li + ΣTi’ ) V yh s n ñ nh K: ΣM iY Σf i N i + ΣC i Li + ΣT ' i K= = (1-16) ΣM i 0 ΣTi Trong ñó: ΣTi’ – phân l c ti p tuy n c a kh i ñ t b ph n bên trái ñư ng th ng ñ ng qua tâm tròn, phương tác d ng c a nó ngư c v i hư ng di ñ ng trư t thành mô men l c ch ng trư t. T công th c trên có th th y ΣMiY càng l n, kh i ñ t ta luy càng n ñ nh, khi mô men l c ch ng trư t c a kh i trư t gi thi t không ñ ñ ngăn c n giá tr mô men l c trư t thì có th làm tho i giá tr ñ d c c a ta luy, làm cho giá tr mô men trư t nh hơn giá tr mô men ch ng trư t ñ ñáp ng yêu c u n ñ nh c a ta luy. Khi dùng phương pháp m t trư t cung tròn ñ ki m toán tính n ñ nh c a ta luy, c n ph i tìm ñư c v trí m t trư t cung tròn nguy hi m nh t hình thành trong n n ñ p và tìm ñư c quy lu t c a ñi m tâm tròn tương ng v i v trí hình thành m t trư t cung tròn nguy hi m nh t. Do s hình thành m t trư t cung tròn cùng v i r t nhi u nhân t có liên quan khác, vì th c n ph i tìm ra m t s quy lu t ñ gi m nh vi c tính toán. Theo kinh nghi m có th th y r ng, trư ng h p n n ñ p thông thư ng tâm tròn c a cung trư t tròn nguy hi m nh t và v trí cung tròn có nh ng quy lu t dư i ñây. S hình thành cung tròn trư t nguy hi m nh t có m i quan h m t thi t v i tính ch t v t li u ñ p thân n n ñ p, hình d ng và ñ d c c a ta luy, ñi u ki n c a móng... Khi l c ch u t i c a móng y u bao g m cư ng ñ c a móng th p và cư ng ñ v t li u ñ p thân n n móng, thì cung tròn nguy hi m nh t n n ñ p thư ng c t vào trong móng, m t di ñ ng trư t cung tròn có th xu t hi n ngoài chân d c, cung tròn này g i là cung tròn ñáy ta luy. Khi móng n ñ nh kiên c , ñ u mút dư i c a cung trư t tròn thư ng xu t hi n t i chân ta luy, cung tròn này g i là cung tròn d c, ñ i v i n n ñ p, thư ng giao ñi m c a ñư ng biên sư n ngoài c a c t ñ t tính ñ i v i m t n n ñư ng làm ñi m mút (ñ u tà v t) ñi m mút c a cung tròn nguy hi m có kh năng di chuy n vào phía trong c t ñ t tính ñ i (ñi m tim n n ñư ng), cũng có th di chuy n ra phía ngoài vai ñư ng (mép ngoài c a vai ñư ng), cho ñ n ph n trên ta luy dư i mép ngoài vai ñư ng, nó có quan h v i tính ch t c a v t li u ñ p và ñ cao Nñs.46
thân n n ñ p. Khi cư ng ñ v t li u ñ p tương ñ i cao thì ñi m mút c a cung tròn nguy hi m nh t c a n n ñư ng tuy n ñôi s di chuy n vào ph n gi a hai tuy n. Nhưng khi cư ng ñ v t li u ñ p tương ñ i th p, ñi m mút c a cung tròn nguy hi m v n có th xu t hi n v trí b ph n gi ng như n n ñ p ñư ng ñơn. Bán kính c a cung tròn nguy hi m và móng t t có quan h v i tính ch t v t li u ñ p n n ñ p. V trí tâm tròn c a cung tròn nguy hi m nên tương ng v i v trí b ph n xu t hi n v trí cung tròn nguy hi m, trong ki m toán n ñ nh n n ñ p, dư i ñi u ki n ta luy ñơn gi n, ñư ng h tr c a tâm tròn nguy hi m có th g n v i mép ñ nh c a c t ñ t tính ñ i làm m t m t ph ng, v ñư ng v i m t ph ng này m t góc 360 thì có th cho r ng khi n n ñ p di ñ ng trư t, tâm tròn c a h s n ñ nh nh nh t ñư ng này g i là ñư ng h tr c a tâm tròn nguy hi m nh t (hình 1-20). Nh vào ñư ng h tr c a tâm tròn nguy hi m nh t, dùng phương pháp ki m toán bên trên có th tìm ra ñư ng h tr b n h s n ñ nh tương ng các tâm tròn O1, O2, O3, O4 (hình 1-21), dùng cùng m t t s kích thư c v ñư ng th ng v i tâm tròn K1, K2, K3, K4, n i b n ñi m thành ñư ng cong K, v ñư ng ti p tuy n v i ñư ng cong K và song song v i ñư ng h tr , ñi m ti p xúc vuông góc v i ñư ng h tr tâm tròn, ñ dài c a nó chính là KMin. Giao ñi m O trên ñư ng h tr tâm tròn chính là tâm tròn c a cung nguy hi m nh t, (hình 1-21). a: NÒn ñào; b: N n ñ p. Hình 1-20. ðư ng h tr tâm tròn. Nñs.47
Hình 1.21. Phương pháp xác ñ nh h s n ñ nh nh nh t KMin Dùng phương pháp phân m nh cung tròn ñ ki m toán s n ñ nh c a ta luy, có th ñ t ñư c tr s chính xác ng d ng, v y nó là m t phương pháp tính toán ñư c s d ng r ng rãi, xong v m t lý thuy t v n chưa ñư c hoàn thi n. Ví d , kh i ñ t trên m t cung tròn di ñ ng trư t là kh i th ng nh t di ñ ng trư t, ñem kh i ñ t trên m t di ñ ng trư t cung tròn phân thành nhi u m nh, là ñ ñư c tr ng thái phân b c a tr ng l c tác d ng c a kh i ñ t trư t trên m t cung tròn và là căn c ñ ki m toán tính n ñ nh t ng th c kh i ñ t trư t. N u trên m t trư t có m t m nh ñ t mà l c trư t xu ng c a nó l n hơn l c ch ng trư t, thì ph i làm cho kh i ñ t trư t b o trì ñi u ki n c a di ñ ng trư t toàn kh i, gi a ñư ng phân m nh ñ t này và m nh ñ t bên c nh, ñi u ki n cân b ng l c s thay ñ i, hình thành s cân b ng m i không xu t hi n bi n d ng c t. Trư ng h p l c gi a các ñư ng phân nhánh bi n ñ i, các m nh ñ t tác d ng lên trên m t di ñ ng trư t cũng s thay ñ i. Do v y, khi ki m toán tính n ñ nh c a ta luy n n ñư ng yêu c u h s n ñ nh KMin l n hơn h s n ñ nh ñư c quy ñ nh, t c là Kmin ≥ [K], do ñó phương pháp phân m nh cung tròn là b qua l c tác d ng gi a các m nh, không nh hư ng ñ n ñ tin c y trong ng d ng công trình. Hình 1-22. M t c t n n ñ p cao (m) Ví d 1-1: Cho bi t m t c t n n ñ p (hình 1-22), chi u cao ñ p H = 24m, 3 0 ch tiêu dung tr ng c a ñ t là γ = 17 kN/m , ϕ = 22 , l c dính k t c = 21, 6 kPa, tâm tròn là O3, bán kính R = 55m, m t trư t gi ñ nh là AB3. Hãy dùng phương pháp phân m nh ñ ki m toán tính n ñ nh c a m t trư t. Nñs.48
Gi i: Cung trư t tròn AB3 phân làm 11 m nh, m i m nh r ng 2m ~ 4m, coi tr ng tâm m i m nh trên phân tuy n gi a m nh ñó, khi tìm góc αi c a các m nh t giao ñi m c a tuy n tr ng tâm v i cung tròn, làm tuy n n i tâm tròn và tuy n qua tr ng tâm tròn, theo hình tam giác này tìm ñư c αi. C t ñ t tính ñ i có tr ng lư ng ñư c tính ñ c l p. K t qu tính toán xem (b ng 1-10). =600 B ng 1-10 RAB3 =55m; AB3 Kho ng Di n TT m nh Q.cosαi Q.sinαi cách t tích Ni = T= sinαi cosαi Q = γ. ω T’i (*) trung tâm m nh (m2) các m nh 1 2 0.0364 0.9993 10.2 173.4 173.2 6.31 2 3 0.0545 0.9985 28.2 479.4 478.7 26.13 k=(5998x0,404+1243+6,31):2866=1,28 3 9 0.1636 0.9865 42.6 724.2 714.4 69.69 4 15 0.2727 0.9621 54.0 918.0 883.2 250.3 5 21 0.3818 0.9242 62.4 1060.8 980.4 405.0 6 27 0.4909 0.8712 67.8 1152.6 1004.1 565.8 7 33 0.6000 0.8000 68.4 1162.8 930.2 697.7 8 36.8 0.669 0.743 16.8 285.6 212.2 191.0 9 39.35 0.715 0.697 40.08 681.3 474.9 487.1 10 42.05 0.7640 0.644 8.48 144.2 92.9 110.1 11 43.55 0.7918 0.6108 4.73 80.4 54.9 63.6 Σ 5998.9 2866.5 B ng 1-10 Kho ng Di n TT m nh Q.cosαi Q.sinαi cách t tích Ni = T= sinαi cosαi Q = γ. ω T’i (*) trung tâm m nh (m2) các m nh 1 2 0.0364 0.9993 10.2 173.4 173.2 6.31 k=(5998x 0,404+1243+6, 31):2866=1,28 2 3 0.0545 0.9985 28.2 479.4 478.7 26.13 3 9 0.1636 0.9865 42.6 724.2 714.4 69.69 4 15 0.2727 0.9621 54.0 918.0 883.2 250.3 Nñs.49
5 21 0.3818 0.9242 62.4 1060.8 980.4 405.0 6 27 0.4909 0.8712 67.8 1152.6 1004.1 565.8 7 33 0.6000 0.8000 68.4 1162.8 930.2 697.7 8 36.8 0.669 0.743 16.8 285.6 212.2 191.0 9 39.35 0.715 0.697 40.08 681.3 474.9 487.1 10 42.05 0.7640 0.644 8.48 144.2 92.9 110.1 11 43.55 0.7918 0.6108 4.73 80.4 54.9 63.6 Σ 5998.9 2866.5 Ghi chú: ∑ ntgϕ + ∑ cL + ∑ T (*): K = ∑T Khi ñ cao ta luy n n ñ p l n hơn 20m, ngoài vi c c n ti n hành phân tích s n ñ nh c a ta luy còn căn c vào v t li u ñ p, chi u cao ta luy... ñ m r ng thêm m t n n ñư ng, giá tr m r ng thêm c a m i bên ∆b theo công th c: ∆b = ∆h. H. m (1-17) Trong ñó: ∆h – t l lún xu ng ñ t h t nh kho ng 0, 01 ~ 0, 02; ñ t h t to kho ng 0, 005 ~ 0, 015; ñá hòn c ng kho ng 0, 005 ~ 0, 01; ñá hòn m m kho ng 0, 015 ~ 0, 025. H - ñ cao ta luy n n ñ p (m); m – t s ñ d c c a ta luy n n ñá dăm, ñư ng ray lo i n ng, n ng v a m = 1, 75; ñư ng ray lo i nh m = 1, 5; (hình 1-22). 1.3.3.2. L p ñáy móng n n ñ p và n n ñ p trên sư n d c 1. X lý l p ñáy móng Trong công trình n n ñ p, có th g p móng t t, cũng có th g p móng ph i x lý m i. Riêng x lý l p b m t móng trên sư n d c n ñ nh ph i phù h p v i yêu c u sau ñây: - Khi d c ngang m t ñ t nh hơn 1:10, n n ñ p có th tr c ti p xây ñ p trên m t t nhiên, nh ng ño n ñư ng mà chi u cao n n ñ p nh hơn ñ dày l p ñ m n n nên d n s ch l p ñ t h u cơ. - Khi d c ngang m t ñ t là 1:5 ~ 1:2, 5 m t ñ t ban ñ u ph i ñào c p, chi u r ng m i c p không nh hơn 1m. Khi t ng che ph trên m t n n ñá tương Nñs.50
ñ i m ng, ñ u tiên d n s ch l p che ph r i ñào c p. Khi l p che ph tương ñ i dày và n ñ nh có th gi l i t c là trên m t ñ t ban ñ u ñào c p r i ñ p. - Khi m t ñ t d c ngang 1:10 ~ 1:5 nên bóc s ch l p v ng c . N n ñ p sư n d c ño n d c ngang m t ñ t l n hơn1:2, 5 b t bu c ph i ki m toán tính n ñ nh di ñ ng trư t t ng m m y u dư i ñáy móng và men theo ñáy móng c kh i n n ñ p, h s an toàn n ñ nh ch ng trư t không ñư c nh hơn 1, 25 n u không ph i s d ng ñi u ki n c i thi n ñáy móng ho c bi n pháp ch ng trư t xây d ng tư ng ch n. Bên d a vào núi c a n n ñ p sư n d c ph i ñ t rãnh thoát nư c và s d ng bi n pháp gia c ch ng th m. Khi ñáy móng có m ch nư c ng m nh hư ng ñ n tính n ñ nh c a n n ñ p, nên s d ng các bi n pháp ngăn ch n d n thoát nư c ra ngoài ph m vi ñáy móng ho c ñáy n n ñ p xây ñ p b ng v t li u ch ng th m nư c. L p b m t móng là l p ñ t r i r c, khi tr ng lư ng riêng c a nó nh hơn giá tr quy ñ nh, n u b dày l p ñ t r i r c không l n hơn 0, 3m thì nên ñ m nén ch t b ngoài ñ t ban ñ u, n u b dày ñ t r i l n hơn 0, 3m thì nên ñào l t l p ñ t r i r i phân l p ñ p tr l i ñ m nén ho c s d ng các bi n pháp gia c móng khác, ñ ch t sau khi ñ m nén ph i tho mãn các yêu c u quy ñ nh. L p b m t móng là l p ñ t m m y u, khi tr s nén xuyên tiêu chu n N nh hơn 4 ho c chi u sâu ép tĩnh so v i l c c n xuyên Ps nh hơn 1MPa, nên căn c vào tính ch t, ñ dày, hàm lư ng nư c, ñ sâu tích nư c m t ñ t.... c a t ng ñ t m m ñ s d ng các bi n pháp gia c móng như thoát nư c phơi khô, hót ñi thay ñ t ñ p b ng v t li u ñ p ñá, s i, cu i cát. 2. Ki m toán n ñ nh trư t n n ñ p trên sư n d c, m t phá n t g y khúc. N n ñ p xây d ng trên m t ñ t có d c ngang l n hơn ho c b ng 1:2, 5 thì g i là ñ p trên sư n d c. Khi m t móng c a n n ñ p trên sư n d c là m t d c ñơn thì kh năng di ñ ng trư t c a n n ñ p s men theo m t d c dùng phương pháp m t trư t ph ng nghiêng ñ tr c ti p xác ñ nh, lúc này góc nghiêng α c a m t trư t ph ng s b ng góc d c i. Khi m t ñ t d c m p mô nhưng phía dư i có l p c ng nghiêng xu ng có th theo tình hình m t d c, phân m t b ph n c a ñ t m t d c thành thân n n ñ p, ki m toán tính n ñ nh c kh i c a nó khi xây d ng n n ñ p. Trong tính toán góc nghiêng l y ch tiêu tính toán c a ñ t trên m t l p c ng mà ch s c, ϕ l y c a t ng c ng. Khi m t ñ t m p mô phía dư i không có t ng c ng ho c góc nghiêng m t t ng c ng r t nh thì theo m t trư t g y khúc hình thành m t d c ñ ki m toán tính n ñ nh c a ñáy n n ñ p. Phương pháp m t phá n t g y khúc (hình 1-23). M t trư t g y khúc l y kh i ñ t trên m t ñư ng g y khúc phân thành mi ng, như v y khi ki m toán, trư c tiên nên theo tr ng lư ng Qi c a ph n mi ng n n ñ p trên ño n c n tính và theo góc d c αi c a các ño n, tính toán phân l c tr ng lư ng Qi c a mi ng ñ t, phân l c trư t xu ng Ti = Qi.sinαi; phân l c pháp tuy n Ni = Qi.cosαi. li, ci c a các ño n m t phá n t và giá tr ϕi có th tìm ñư c tính Do ño n dài n ñ nh c a m i phân mi ng n n ñ p là: Nñs.51
Ti - Nitgϕi – ci li. (1-18) Hình 1-23. N n ñ p trên sư n d c m t v n t ñư ng g y khúc. ð n n ñ p trong ki m toán có h s n ñ nh quy ñ nh giá tr K, có th l y l c tgϕ i trư t xu ng Ti tăng thêm thành K.Ti, ho c l y tgϕi và ci gi m ñi K l n, t c là K c và i làm ch tiêu tính toán. K Theo lý thuy t cân b ng c c h n, sau khi l y tính toán n ñ nh c a n n ñ p trên sư n d c là K, l c trư t xu ng và l c ch ng trư t c a kh i ñ t trên m t trư t g y khúc là cân b ng. Do v y ki m toán b t ñ u t ño n ñ nh d c là: KT1 – ( N1tgϕ1 + c1 l1 ) = E1 (1-19) Công th c (1-19) là c a m nh th nh t, có th a ra l c trư t xu ng E1 nên l y E1 làm l c ch ng ñ c a m nh th hai. Như v y trong m nh th hai, nên tính toán l c tác d ng E1 do ño n th nh t truy n xu ng ñ ng th i tìm l c trư t c a nó hình thành trong ño n th hai và l c c n ma sát do phân l c pháp tuy n hình thành, t c là sau khi E1cos(α1 - α2) và E1sin(α1 - α2)tgϕ2 nh p vào m nh th hai tr thành l c tác d ng c a ño n th hai, tìm giá tr E2 ñi u ki n cân b ng l c ño n th hai. V y: E2 = KT2 + E1cos(α1 - α2) – c2l2 – [N2 + E1 sin(α1 - α2)]tgϕ2 (1-20) C làm như v y cho các m nh ti p theo, ñ có ñư c ñi u ki n cân b ng l c c a ño n cu i cùng En ≤ 0, n n ñ p n ñ nh trên sư n d c, ngư c l i là không n ñ nh. Trong tính toán n u xu t hi n Ei ≤ 0 thì ño n th i và các ño n c a kh i ñ t phía trư c là n ñ nh nhưng n u ño n sau cùng v n không n ñ nh thì ch ng t b ph n dư i thân n n ñ p v n có kh năng b phá ho i. N u theo l c trư t xu ng En th a ra các ño n sau cùng ñ xem xét x lý gia c móng thì công th c tính En là: En = KTn + En-1cos(αn-1 – αn) – cn ln – [Nn + En-1 sin(αn-1 – αn)]tgϕn (1-21) Trong ñó: Nñs.52
En – l c ñ y trư t c a m nh th n (kN/m). K – h s an toàn. αn – góc nghiêng m t trư t m nh th n. αn-1 – góc nghiêng m t trư t m nh th n-1. En-1 – l c ñ y trư t c a m nh th n-1. En-1cos(αn-1 – αn) – phân l c ñ y trư t c a m nh th n-1, trên phương hư ng m t trư t m nh th n. En-1 sin(αn-1 – αn) – l c ma sát do m nh th n-1 sinh ra tác d ng lên m t th n. cn – l c dính k t (kPa). ln – chi u dài m t trư t mi ng th n (m). N u En ≤ 0 không truy n xu ng mi ng sau ñó thì n n ñư ng n ñ nh, n u là s dương thì n n ñư ng s b trư t, khi ñó ph i dùng bi n pháp ñ n ñ nh n n ñư ng như xây tư ng ch n. K t h p hai ph n có liên quan là l c trư t xu ng En-1 truy n d n, thì công th c (1-21) có th vi t thành En = KTn – Nn tgϕn – cnln + En-1.Ψ (1-22) Trong ñó: Ψ - h s truy n d n và Ψ xác ñ nh Ψ = cos(αn-1 - αn) – sin(αn-1 - αn)tgϕn (1-23) Phương pháp m t trư t g y khúc cũng có th dùng ñ ki m toán tính n ñ nh c a ta luy n n ñào và l c ñ y d c trư t, khi k t qu tính toán En > 0 có th xác ñ nh ta luy n n ñào ho c d c trư t s m t n ñ nh và l y En làm căn c tính toán xây d ng tư ng ch n. Ví d 1-2: N n ñ p trên sư n d c (hình 1-24) tr ng lư ng, chi u cao m t trư t và góc nghiêng m t trư t c a m i m nh (b ng 1-11), góc ma sát gi a n n ñ p và m t ñ t t nhiên ϕ = 200, l c dính c = 4kPa, h s n ñ nh K = 1, 15. Hãy ki m toán tính n ñ nh c a n n ñ p. Gi i: Tìm l c trư t xu ng th a ra c a m nh th 1 dùng công th c: Ei = KTi - Ni f + ΨEn-1 - c.li Trong ñó: Ti = Q Ψ= cos( f = tg Nñs.53
Hình 1-24. Tính n n ñ p d c ñ ng. K t qu tính En trong (b ng 1-11) Nh n xét: L c trư t xu ng th a ra c a mi ng th 4 là 428.38 kN/m. V y n n ñ p trên sư n d c này không n ñ nh. Ki m toán tính n ñ nh n n ñ p d c ñ ng B ng 1-11 KT (kN/m) f.N (kN/m) Phân m nh ΨE (N/m) Q (kN/m) N (kN/m) T (kN/m) E (kN/m) d (N/m) α (ñ ) l (m) Cosα Sinα Ψ 101.91 136.42 162.6 0.545 0.839 88.62 49.66 34.65 17.6 4.4 33 1 1.054 36.52 1211.4 856.45 984.92 856.45 311.75 671.69 0.707 0.707 38.0 9.5 45 2 505.11 0.752 1141.56 1312.79 3134.29 1140.88 3337.9 581.02 0.342 0.939 24.0 96.0 20 3 557.78 0.960 205.88 236.76 797.15 290.16 428.38 823.5 0.250 0.968 14.5 19.0 76.0 4 1.3.4. Tính ng su t thân và móng n n ñ p 1.3.4.1. Tính ng su t th ng ñ ng thân n n ñ p Khi thi công n n ñư ng ph i ñ m nén ñ t ñ ch t yêu c u, ñ m b o n n ñư ng ch ñư c phát sinh bi n d ng ñàn h i dư i tác d ng c a t i tr ng ñoàn t u, t i tr ng k t c u t ng trên và t i tr ng b n thân n n ñư ng. ð xác ñ nh ñ ch t yêu c u, ph i tính ñư c ng su t th ng ñ ng trong n n ñư ng do các t i tr ng ñó gây ra. Vi c tính ng su t ñó có th ti n hành theo các sơ ñ sau: 1. Sơ ñ hình nêm ñàn h i Nñs.54
Gi thi t n n ñ p là m t lăng th tam giác ñàn h i dài vô h n, trên ñ nh tam giác có t i tr ng t p trung P0 thay th cho t i tr ng ñoàn t u và tr ng lư ng k t c u t ng trên (hình 1-25). Hình 1-25. Sơ ñ hình nêm ñàn h i Theo lý thuy t ñàn h i, ng su t th ng ñ ng t i m t ñi m b t kỳ trong n n ñư ng ñư c tính theo công th c sau:   Z3 2 P0 σ = − + γ .h  × (1-24) ( )  2α + sin 2α Z 2 + Y 2  2   Trong ñó: P0 = Pñ + PK (1-25) V i Pñ và PK là t i tr ng r i ñ u c a ñoàn t u và k t c u t ng trên trên 1m dài n n ñư ng (kN/m). ΣPTruc Pd = (kN/m) (1-26) Lcn ΣPTr c – t ng t i tr ng các tr c trong c ly c ng nh c c a ñ u máy. LCn – chi u dài c ly c ng nh c. z; y – to ñ ñi m tính toán. α - góc nghiêng c a ta luy v i ñư ng th ng ñ ng. γ - dung tr ng c a ñ t ñ p (kN/m3) h – chi u cao th c t c a c t ñ t n m trên ñi m tính toán. 2. Sơ ñ bán không gian ñàn h i Hình 1-26. Sơ ñ bán không gian ñàn h i Nñs.55
N n ñư ng ñư c coi là m t bán không gian ñàn h i, gi i h n b i m t ph ng qua m t n n ñư ng và gi thi t ngoài hai mái ta luy n n ñư ng là không có ñ t. T i tr ng băng ch nh t thay th cho t i tr ng ñoàn t u và t i tr ng k t c u t ng trên. ng su t t i m t ñi m b t kỳ trong thân n n ñư ng ñư c tính theo công th c: σ = σñ + σK + σγ (1-27) Trong ñó: σñ - ng su t do t i tr ng ñoàn t u gây ra. σK – ng su t do t i tr ng k t c u t ng trên. σγ - ng su t do t i tr ng b n thân n n ñư ng. Theo lý thuy t ñàn h i, ng su t t i ñi m M b t kỳ do băng t i hình ch nh t gây ra (hình 1-27) ñư c tính theo công th c. P  1 1 σ =− β 1 + sin 2 β1 − β 2 − sin 2 β 2  (1-28)  ∏  2 2 Khi băng t i hình tam giác (hình 1-28), ta có: PZ  2   1 1 σ =− sin β 1 − sin β 2 − tgβ 2  β 1 + 2 sin 2 β1 − β 2 − 2 sin 2 β 2  2 ∏b    (1-29) Trong ñó: β1; β2 ( hình1-27 và 1-28), l y giá tr dương n u quay thu n chi u kim ñ ng h (t ñư ng th ng ñ ng), l y giá tr âm khi quay theo chi u ngư c l i. P – cư ng ñ băng t i tr ng Hình 1-27. Sơ ñ tính ng su t khi Hình 1-28. Sơ ñ tính ng su t khi t i tr ng ch nh t. t i tr ng tam giác. Tính ng su t σñ theo công th c (1-28) thì cư ng ñ t i tr ng pñ ñư c tính như sau: ΣP P = pd = (kN/m2) (1-30) lcnl Nñs.56
Các ký hi u như trong công th c (1-26), còn l là chi u dài tà v t. Nñs.57
ng su t σK tính theo công th c (1-28), trong ñó cư ng ñ t i tr ng P= pK (kN/m2), chi u r ng băng t i k t c u t ng trên có th l y b ng chi u r ng trung bình c a m t c t l p ñá ba lát, ho c l y b ng chi u r ng phân b ho t t i l0. L0 = l + 2.h.tg450 = l + 2h. V i l là chi u dài tà v t và h là chi u dày l p ñá ba lát. Tr s c a pK ñư c tính toán căn c vào lo i tà v t, s tà v t trên 1 Km, lo i ray, chi u dày ñá ba lát v.v., có th tham kh o giá tr pK trong (b ng 1-12) c a ñư ng s t Nga. ng su t do tr ng lư ng b n thân σγ ñư c tính theo công th c: σγ = - γ.h (1-31) N u n n ñư ng ñ p b ng nhi u l p ñ t khác nhau thì: σγ = - Σγi.hi (1-32) V i γi và hi là dung tr ng và chi u dày c a m i l p ñ t. áp l c trung bình trên m t n n ñư ng pK (kN/m2) (ðư ng s t Nga) B ng 1-12 ð c ñi m k t c u t ng trên c a ñư ng Tà v t bê tông c t Các ch tiêu Tà v t g T m b n bê tông thép P75 P65 P50 P75 P65 P50 P75 P65 P50 Tr ng lư ng 72.5 67.0 62.0 77.0 71.5 66.5 88.0 88.0 87.5 trên 1m dài k t 88.0 88.0 87.5 72.5 67.0 62.0 77.0 71.5 66.5 c u t ng trên (kN/m) 4.50 4.35 4.20 4.50 4.35 4.20 4.20 4.20 4.20 Chi u r ng trung bình c a 4.20 4.20 4.20 4.90 4.70 4.90 4.90 4.70 4.40 l p ñá ba lát (m) áp l c trung bình c a t i 16.1 15.4 14.8 17.1 16.4 15.8 21.0 21.0 20.8 tr ng k t c u 21.0 21.0 21.0 14.9 14.1 14.0 15.9 15.1 15.1 t ng trên trên m t n n ñư ng (kN/m2) Ghi chú: - T s là giá tr tính cho 1 ñư ng c a ño n ñư ng ñôi. - M u s là giá tr dùng cho ñư ng ñơn kh 1520mm. Nñs.59
Sau khi nghiên c u, giáo sư XaKhunhian ch ra r ng:sơ ñ bán không gian ñàn h i(1-26) h p lý hơn, sát v i k t qu ño ñư c b ng th c nghi m hơn sơ ñ hình nêm ñàn h i (1-25). Theo tr c oz thì ng su t tính theo sơ ñ (1-26) l n hơn tính theo sơ ñ (1-25), còn ng su t mái ta luy tính theo sơ ñ (1-26) nh hơn tính theo sơ ñ (1-25). K t qu tính σz (theo 2 sơ ñ b ng 1.13) B ng 1-13 σz Trên tr c oz Trên mái ta luy Z (m) Sơ ñ Sơ ñ Sơ ñ nêm Sơ ñ nêm bán không gian bán không gian 1.00 0.80 0.000 0.09 0.68 0.43 0.006 0.04 5.00 0.33 0.26 0.015 0.02 10.00 0.18 0.15 0.009 0.01 20.00 0.09 0.08 0.006 0.01 1.3.4.2. Tính ng su t th ng ñ ng móng n n ñ p ð tính m t cách g n ñúng ng su t σz ñi m M b t kỳ trong móng n n ñ p, ta xem móng n n ñ p là m t bán không gian ñàn h i, t i tr ng tác d ng lên móng là bi u ñ phân b ng su t ñáy n n ñ p. Khi tính toán, ch xét ñ n tác d ng c a ng su t th ng ñ ng, b qua nh hư ng c a ng su t c t t i m t ti p xúc gi a ñáy n n ñ p và m t ñ t móng. ð ñơn gi n hoá tính toán, ta chia bi u ñ ng su t (d ng cong) tác d ng lên móng thành các hình tam giác và ch nh t (hình 1-29). Hình 1-29. Sơ ñ tính ng su t móng n n ñ p. Dùng lý thuy t dàn h i tính ng su t σz t i ñi m M b t kỳ móng n n ñư ng do các t i tr ng này gây ra theo công th c (1-28) và (1-29) ng su t th ng ñ ng t i ñi m M móng n n ñư ng tính như sau: σ = Σσzi + σγ (1-33) Trong ñó: Nñs.60