Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp trong xử lý nền đường trên nền đất yếu

Biểu đồ các đường đẳng ứng suất pháp σy (kPa) theo lý Hình 4.15 97 thuyết đàn hồi

Hình 4.16 97

Hình 4.17 Biểu đồ ứng suất pháp σy (kPa) tại vị trí giữa dải tải trọng Mặt cắt thiết kế gia cường bố trí VĐKT ĐT.837B 99

Hình 4.18 Cấu tạo mặt cắt ngang ĐT.837B 100

Hình 4.19 Sơ đồ tải trọng của nền đường 100

13

Hình 4.20 Vị trí mặt trượt (nền đắp cao 5.85 m) 101

Hình 4.21

Vị trí mặt trượt khi có VĐKT 101

Hình 4.22 Sơ đồ biến dạng (2 lớp VĐKT, khoảng cách 0,4m) 105

Hình 4.23 Mặt trượt (2 lớp VĐKT, khoảng cách 0,4m) 105

Hình 4.24 106 Cung trượt hình ellipse, xây dựng công thức tính Tmax

Hệ số an toàn nền đắp cao 5.85m tính bằng chương trình Hình 4.25 106 Plaxis

Chuyển vị đứng của nền đất sau thời gian sử dụng 15 năm = Hình 4.26 108 8.601cm

Hình 4.27 Biến dạng của nhóm cọc và nền 108

Hình 4.28 Chuyển vị đứng trên mặt cắt dọc theo thân nhóm cọc 109

Chuyển vị ngang, đứng của các điểm nằm trên mặt cắt đi qua Hình 4.29 109 chân nhóm cọc

14

Hình 4.30 Ứng suất có hiệu dọc theo thân nhóm cọc 110

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

- Thực hiện Chương trình mục tiêu Quốc Gia về xây dựng Nông thôn mới giai đoạn

2016-2020 của Thủ Tướng Chính Phủ được ban hành kèm theo Quyết định số 1600/QĐ-

TTg ngày 16/8/2016.

- Trên toàn huyện Tân Thạnh còn 4 tuyến đường với chiều dài khỏang 40km đường nối

từ Quốc lộ, Tỉnh lộ đến trung tâm 4 xã chưa được nhựa hóa (hiện nay là kết cấu mặt đường

đá 0x4 và cấp phối sỏi đỏ). Bên cạnh đó, huyện Tân Thạnh phấn đấu xây dựng thị trấn Tân

Thạnh thành đô thị lọai IV đến năm 2020, vì vậy cần đầu tư mới một số tuyến đường trên địa

bàn thị trấn để hòan chỉnh tiêu chí về hạ tầng kỹ thuật.

- Hiện nay, các công trình giao thông được đầu tư đưa vào sử dụng mau bị hư hỏng,

biểu hiện qua các hiện tượng: Đối với đường nhựa thì bị răn nứt, xô dồn mặt đường sau đó bị

vở ra tạo thành các lổ hỏng. Đối với đường đan bê tông xảy ra hiện tượng đan bị nứt kéo dài

và bể thành từng mảng. Đối với đường cấp phối, mặt đường bị hỏng theo các đường mòn vệt

xe, về lâu dài tạo thành các ổ gà, ổ voi. Tất cả các hiện tượng này gây mất an tòan giao thông

và tốn kinh phí thực hiện công tác duy tu sửa chữa thường xuyên hàng năm.

- Ứng dụng sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp trong xử lý nền đường trên nền đất yếu đạt

yêu cầu tốt hơn so với việc thi công theo cách truyền thống.

- Trước đây vào năm 2012, học viên thực hiện nghiên cứu về đề tài có nội dung “Đánh

giá hiện trạng mạng lưới giao thông đường bộ trên địa bàn huyện Tân Thạnh và đề xuất biện

pháp quản lý”. Tuy nhiên, đề tài chỉ dừng lại ở mức độ khảo sát, đánh giá và kiến nghị các

biện pháp quản lý, đề xuất giải pháp thực hiện, cơ chế phối hợp đầu tư xây dựng theo quy

định của tiêu chí ngành giao thông để huyện đạt 50% xã nông thôn mới – về giao thông và

làm cơ sở thực hiện quy hoạch xây dựng xã nông thôn mới. Để nghiên cứu sâu hơn đề xuất

các giải pháp đảm bảo chất lượng công trình xây dựng, tuổi thọ của công trình. Học viên tiếp

tục nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đường giao thông trong điều kiện đất yếu, cụ thể là

đường giao thông cấp IV trên địa bàn huyện Tân Thạnh. Đây là cơ sở khoa học để tham mưu

cấp quản lý trong công tác đầu tư xây dựng hệ thống giao thông trên địa bàn huyện Tân

15

Thạnh, tỉnh Long An.

2. Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi và giới hạn nghiên cứu

2.1. Mục đích nghiên cứu

2.1.1. Mục tiêu tổng quát:

- Nghiên cứu giải pháp ứng dụng sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp trên nền đất yếu

thuộc huyện Tân Thạnh, tỉnh Long An, tính toán sức chịu tải của nền đất yếu dưới nền

đường có sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp và phương pháp cọc xi măng đất. Chọn cụ

thể một tuyến đường để nghiên cứu ứng dụng tính toán gia cố nền bằng vật liệu địa kỹ thuật

tổng hợp và phương án cọc xi măng đất cho công trình đường giao thông.

- Đề ra phương án hợp lý nhất so sánh công trình có sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng

hợp và cọc xi măng đất, từ đó đánh giá độ ổn định của công trình và đưa ra phương án tối ưu

nhất.

- Đánh giá về hiệu quả kinh tế khi áp dụng xử lý nền đường theo công nghệ đề xuất

so với kỹ thuật thi công hiện nay trên địa bàn huyện.

2.1.2. Mục tiêu cụ thể:

Cụ thể, mục tiêu của đề tài này như sau:

* Mục tiêu (1). Về Kinh tế

- Mục tiêu (1.1). Đánh giá hiện trạng sử dụng kết cấu giao thông đường bộ trên địa bàn

huyện, đề xuất giải pháp ứng dụng sản phẩm địa kỹ thuật tổng hợp trên một tuyến đường cụ

thể.

- Mục tiêu (1.2). So sánh giải pháp kết cấu nền đường có sử dụng vải địa kỹ thuật tổng

hợp và giải pháp kết cấu nền đường theo truyền thống đối với đường trên nền đất yếu.

- Mục tiêu (1.4). Nhận xét, đánh giá so sánh hiệu quả kinh tế so với giải pháp thi công

truyền thống.

* Mục tiêu (2). Về xã hội

Hệ thống giao thông hòan chỉnh tạo điều kiện thuận lợi cho lưu thông hàng hóa trên địa

bàn huyện, kết nối với các huyện, tỉnh bạn. Góp phần phát triển kinh tế cho địa phương, tăng

thu nhập cho người dân. Hệ thống giao thông phát triển đánh giá được được công tác quản

lý, điều hành của các cấp lãnh đạo.

16

* Mục tiêu (3). Về kỹ thuật – khoa học

Đảm bảo sự ổn định của nền đường trên nền đất yếu; Đạt độ lún phù hợp với thời gian

thi công. Ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trong công tác đầu tư xây dựng hệ thống giao

thông trên địa bàn huyện. Bổ sung kiến thức trong nghiên cứu nền đất yếu và có thể vận

dụng cho ngành kỹ thuật dân dụng khi xây dựng trên nền đất yếu.

2.2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1. Đối tượng nghiên cứu:

Tất cả các tuyến đường chính trên địa bàn huyện (Quốc lộ, Tỉnh lộ, đường Huyện,

đường liên xã, đường trục ấp). Trong đó, chọn một tuyến đường cặp kênh Bảy Thước

(Đường tỉnh ĐT.837B) để nghiên cứu phân tích, xử lý nền đường.

Địa chỉ: Điểm đầu là Quốc lộ 62 điểm cuối là kênh 63 đi qua 06 xã: Kiến Bình, Nhơn

Hòa, Tân Lập, Nhơn Hòa Lập, Bắc Hòa, Hậu Thạnh Tây. Quy mô: đường cấp VI có tổng

chiều dài 27km, nền đường rộng 6m, mặt rộng 3,5m, mặt đường cấp phối sỏi đỏ. Dự kiến

nâng cấp tuyến đường này với quy mô đường cấp IV đồng bằng: Nền đường rộng 9m, mặt

đường rộng 7m, kết cấu nhựa.

2.2.2. Phạm vi nghiên cứu:

Hệ thống giao thông đường bộ trên địa bàn huyện Tân Thạnh, tỉnh Long An. Bao gồm

12 xã và thị trấn Tân Thạnh.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

3.1. Ý nghĩa khoa học

Ứng dụng của vật liệu địa kỹ thuật trong xây dựng công trình như gia cường, tăng độ

ổn định. Xử lý nền đường trên nền đất yếu có khả năng thực hiện được trong điều kiện kinh

tế, đặc điểm tự nhiên ở huyện Tân Thạnh, tỉnh Long An.

3.2. Ý nghĩa thực tiễn

- Hiện thực hoá định hướng chương trình Nông thôn mới của Thủ tướng Chính phủ.

Góp phần thực hiện thắng lợi Nghị quyết của Huyện ủy, Kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội

của huyện giai đoạn 2016-2020.

- Phục vụ nhu cầu đi lại, thông tin liên lạc, trao đổi giao lưu văn hoá – kinh tế - xã hội

của nhân dân nhằm gia tăng năng lực kinh tế, liên kết các vùng miền, đặc biệt là kết nối văn

17

hóa - thông thương với các tỉnh lân cận.

- Khi nghiên cứu sự làm việc đồng thời của phương án tối ưu nhằm đảm bảo tính ổn

định của nền đường và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.

4. Các luận điểm cơ bản, tính mới của luận văn

Trong thời đại ngày nay, cùng với quá trình đô thị hoá và sự phát triển của dân số thì

các công trình xây dựng nói chung và các công trình giao thông nói riêng cũng phát triển

không ngừng. Những vùng đất yếu có sức chịu tải thấp và thể hiện tính nén lún cao khi chịu

tác dụng tải trọng. Do đó, để đảm bảo điều kiện ổn định của nền và điều kiện bền vững của

công trình trong quá trình khai thác thì không thể tránh khỏi việc xử lý nền đất nhằm kiểm

soát việc lún lệch và những thiệt hại gây ra cho công trình.

Trong vài thập niên gần đây, công cuộc xây dựng và phát triển nông thôn ở Việt Nam

là những vấn đề quốc sách, nằm trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội của quốc gia. Để

hiện thực hoá định hướng chương trình Nông thôn mới theo Chương trình mục tiêu Quốc

Gia về xây dựng Nông thôn mới giai đoạn 2016-2020, Thủ Tướng Chính Phủ ban hành

Quyết định số 1600/QĐ-TTg ngày 16 tháng 8 năm 2016.

* Tính mới của luận văn: Hiện nay, đa phần các luận văn thạc sĩ thường nghiên cứu

về giải pháp ứng dụng cho một loại vật liệu địa kỹ thuật (vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ

thuật ...) trong gia cố và xử lý nền đất yếu, do đó, tính mới của luận văn này nhắm đến sự

làm việc đồng thời hiệu quả của các phương pháp gia cố nền nhằm đảm bảo tính ổn định của

nền đường và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu

5.1. Nội dung 1: Thu thập số liệu

Thu thập số liệu, tổng hợp các số liệu báo cáo từ nguồn cơ quan quản lý nhà nước về

giao thông, cập nhật số liệu vào bảng biểu, xác định được quy mô, kết cấu, loại đường, số

lượng các tuyến đường trên địa bàn huyện Tân Thạnh để làm cơ sở khi khảo sát thực tế đánh

giá hiện trạng.

Dựa vào tổng quan về mạng lưới giao thông trên địa bàn huyện Tân Thạnh, xác định

đường Quốc lộ, Tỉnh lộ, Đường huyện, Đường xã, Đường ấp.

5.2. Nội dung 2: Khảo sát hiện trạng

18

Xác định được hiện trạng thực tế, những tuyến đường cần nghiên cứu.

Địa điểm khảo sát là tất cả các tuyến đường chính trên địa bàn huyện.

5.3. Nội dung 3: Nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu những tài liệu liên quan để áp dụng cho đề tài một cách cụ thể, dẫn chứng

rõ ràng. Các tài liệu thông tin về tính chất, áp dụng khi sử dụng vải địa kỹ thuật, các Tiêu

chuẩn áp dụng thiết kế, thi công công trình nền đất yếu. Nghiên cứu sử dụng lập trình tính

toán để tính toán.

5.4. Nội dung 4: Áp dụng tính tóan

- Tính toán nền đường sử dụng các phương án gia cố địa kỹ thuật tổng hợp, địa kỹ tổng

hợp kết hợp đệm cát, địa kỹ tổng hợp kết hợp cọc xi măng đất.

- So sánh chọn phương án tối ưu.

5.5. Nội dung 5: Phân tích, đánh giá, kiến nghị, đề xuất

19

Phân tích đánh giá các giải pháp nghiên cứu, kiến nghị, đề xuất nhà quản lý, nhà đầu tư.

CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ẢNH HƢỞNG ĐẾN PHÁT

TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH LONG AN VÀ HUYỆN TÂN THẠNH

1.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên và những yếu tố tác động đến sự phát triển kinh tế

xã hội tỉnh Long An

Long An là tỉnh nằm ở miền Nam Việt Nam, có diện tích khoảng 4.500 km² và

dân số khoảng 1,9 triệu người, tiếp giáp với Campuchia và tỉnh Tây Ninh ở phía bắc, Tp.

HCM ở phía đông và đông bắc, tỉnh Tiền Giang ở phía nam và tỉnh Đồng Tháp ở phía tây

nam, được giới hạn bởi tọa độ địa lý:

Từ 10°21'00” đến 12°19'00” vĩ độ Bắc

Từ 105°30'00” đến 106°59'00” kinh độ Đông.

Long An có vị trí địa lý chiến lược nhờ các đặc điểm sau đây:

- Với vị thế cửa ngõ nối liền hai vùng là vùng đồng bằng sông Cửu Long

(ĐBSCL) và vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam (KTTĐPN), Long An có thể hưởng lợi

từ sự phát triển và tăng trưởng của cả hai vùng này.

- Là vùng đệm giữa khu vực phát triển nhanh ở Tp. HCM và khu vực châu thổ

nhạy cảm về môi trường, hỗ trợ Tp. HCM trong việc kiểm soát phát triển đô thị và bảo vệ

vùng môi trường châu thổ quan trọng.

- Các lợi ích từ công cuộc phát triển Long An sẽ lan rộng sang các tỉnh của nước

bạn Campuchia - quốc gia có đường biên giới chung với Long An.

1.1.1. Vị thế của Long An ở Nam Bộ

Tỉnh Long An tuy nằm ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) song lại

thuộc vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam (KTTĐPN), phía bắc giáp Campuchia với

đường biên giới dài 133km. Với vị trí khá đặc biệt như vậy, Long An đóng vai trò quan

trọng trong việc liên kết vùng KTTĐPN, ĐBSCL và nước láng giềng Campuchia. Tỉnh

Long An chiếm 1,4% diện tích, 1,7% tổng dân số, và 1,5% GDP của cả nước; và chiếm

14,7% diện tích, 9,9% dân số, và 3,7% GDP của vùng KTTĐPN; và 11,1% diện tích,

8,1% dân số, và 8,7% GDP của vùng ĐBSCL (xem Hình 1.3 và Bảng 1.3). Mặc dù tỉnh

có vị thế kinh tế khá cao trong vùng ĐBSCL, nhưng vẫn còn thấp so với vùng KTTĐPN.

Các đặc điểm chính của Long An tổng hợp như sau:

Long An tiếp giáp với 2 tỉnh của nước bạn Campuchia là tỉnh Prey Veng và Svay

20

Rieng. Cả 2 tỉnh này đều nằm trong khu vực đồng bằng của Campuchia, bao gồm cả

Phom Penh. Cả 2 tỉnh này đều là 2 tỉnh thuần nông với 80% dân số tham gia vào sản xuất

nông nghiệp.

Hiện nay trên địa bàn tỉnh Long An có 1 cửa khẩu quốc tế (cửa khẩu Bình Hiệp thị

xã Kiến Tường), 1 cửa khẩu quốc gia (cửa khẩu Mỹ Quý Tây huyện Đức Huệ), 2 cửa

khẩu phụ là Hưng Điền A (huyện Vĩnh Hưng) và Tân Hưng (huyện Tân Hưng). Với vị trí

là cửa ngõ của vùng ĐBSCL, nằm trong khu vực chiến lược giáp với Tp. HCM và khu

vực Đông Nam bộ, Long An có mối quan hệ thông thương gần gũi với nhiều tỉnh thành

trên cả nước. Trong giai đoạn 2010–2015, giá trị thương mại của Long An đạt mức tăng

9,18%/năm. Các mặt hàng của Long An chủ yếu là nông sản, lương thực – thực phẩm,

dệt may và vật liệu xây dựng. Long An nhập khẩu chủ yếu các nguyên liệu đầu vào như

dầu khí và khí đốt, xi-măng, phân bón, thuốc trừ sâu, hàng tiêu dùng, thực phẩm và công

nghệ. Các lọai mặt hàng này được trao đổi buôn bán tại nhiều chợ và khu vực, bao gồm

cả Tp. HCM và khu vực Đông Nam bộ.

1.1.2. Điều kiện cơ sở hạ tầng

■ Giao thông đường bộ

Nhìn chung hệ thống giao thông bộ được ưu tiên tập trung đầu tư, góp phần tích

cực trong việc phát triển sản xuất và cải thiện đời sống dân cư. Tuy nhiên cũng còn một

số tuyến chưa đáp ứng được nhu cầu vận chuyễn, thiếu tính đồng bộ giữa đường và cầu,

chưa tạo được các tuyến nhánh liên hoàn.

Mạng lưới giao thông khu vực phía Nam hầu như không tăng thêm, chủ yếu là cải

tạo, nâng cấp, mở rộng, ngoại trừ một số tuyến giao thông nông thôn. Khu vực phía Bắc

mạng lưới giao thông phát triển khá nhanh góp phần khai hoang phục hóa, phân bổ lại

dân cư. Tuy nhiên, đến nay khu vực này đường giao thông còn khá thưa thớt, đường tỉnh

chỉ có một vài tuyến độc đạo ô tô đi qua, các tuyến nhánh đi vào các cụmdân cư chưa

được xây dựng hết nên đã ảnh hưởng đến sự đi lại và việc tổ chức cuộc sống người dân

nông thôn.

Hiện nay hầu hết các tuyến chính từ tỉnh xuống huyện và các tuyến vào các khu

công nghiệp hệ thống cầu và đường đã được xây dựng đồng bộ về tải trọng. Tuy nhiên

vẫn còn một số tuyến có các cầu tải trọng thấp, làm hạn chế rất nhiều trong việc khai thác

21

và vận chuyển hàng hóa.

Các tuyến giao thông vành đai biên giới trong nhiều năm qua tuy đã được đầu tư

nhưng chủ yếu là các tuyến giao thông nông thôn, quy mô nhỏ, cầu đường chưa đồng bộ,

đã ảnh hưởng đến việc phòng thủ quốc gia và chống buôn lậu.

Xây dựng giao thông nông thôn trong nhiều năm qua trở thành phong trào rộng

lớn, kết hợp từ nguồn vốn ngân sách và đóng góp của dân cư. Hiện nay có 156 trên tổng

số 188 xã có đường ô tô đến trung tâm (chiếm 83%), còn 32 xã thuộc 7 huyện chưa có

đường ô tô đến trung tâm bao gồm 18 tuyến đường với tổng chiều dài 126 km và 140

cầu.

Đầu tư cho ngành giao thông trong thời gian qua không ngừng tăng lên qua các

năm. Tuy nhiên nguồn vốn ngân sách cho việc duy tu bảo dưỡng được bố trí hàng năm

còn thấp nên chất lượng đường mau xuống cấp. Các chuyên gia kinh tế khuyến cáo cần

ưu tiên vốn cho duy tu bảo dưỡng hơn là đầu tư xây dựng mới sẽ mang lại hiệu quả về

mặt kinh tế - xã hội lớn hơn nhiều.

Đánh giá khái quát chung hệ thống đường bộ trong thời gian qua được tỉnh quan

tâm tập trung đầu tư nhưng nhìn chung còn chưa rộng khắp và chưa đồng bộ, ảnh hưởng

đến thu hút đầu tư phát triển kinh tế xã hội của tỉnh.

■ Giao thông đường thủy

Mạng lưới giao thông thủy hầu như không tăng từ năm 1995 đến nay với quy mô 2.559 km. Mật độ đường thủy theo diện tích là 0,59 km/km2 và theo dân số là 1,8 km/vạn

dân với các tuyến đường thủy chính là Sông Vàm Cỏ, Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây, sông

Rạch Cát...

Ngoài ra các tuyến đường thủy nông thôn nhất là các huyện thuộc vùng Đồng

Tháp Mười người dân có thể dùng ghe, tàu đi lại từ nhà này sang nhà khác, từ khu vực

này sang khu vực khác và ghe tàu chính là phương tiện đi lại, làm ăn sinh sống củanhiều

hộ gia đình vùng Đồng Tháp Mười. Các xã chưa có đường ô tô đến được trung tâm thì

chủ yếu đi lại bằng đường thủy.

Tuy nhiên hiện nay mạng lưới đường thủy vẫn chủ yếu dựa vào lợi thế tự nhiên,

chưa khai thác được hết tiềm năng hiện có, hệ thống hỗ trợ như phao tiêu, báo hiệu

đường thủy nội địa còn thiếu. Hiện tượng lấn chiếm dòng chảy, luồng chạy của tàu, vi

phạm hành lang bảo vệ đường thủy nội địa như xây dựng nhà ở, các bến bãi chứa vật liệu

22

xây dựng, họp chợ... chưa được ngăn chặn kịp thời. Nhiều tuyến đường thủy qua khai

thác nhiều năm có độ bồi lắng lớn nhưng chưa được nạo vét làm ảnh hưởng đến khả năng

đi lại của phương tiện.

Long An có tiềm năng về đường thủy rất lớn nhưng lại là một trở ngại cho xây

dựng giao thông đường bộ.

Hệ thống cấp nước tự nhiên của Long An qua dòng chảy của sông Vàm Cỏ, Vàm

Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây trong tình trạng nhiễm phèn và nhiễm mặn.

Tính đến cuối năm 2004 trên phạm vi toàn tỉnh có 100% xã (188/188) có điện lưới

quốc gia về đến trung tâm và có 92,7% hộ dân cư có điện thắp sáng.

Nhìn chung, các trạm biến áp của tỉnh đều trong tình trạng thừa tải, các nguồn

diesel dự phòng chỉ có thể đáp ứng một phần nhu cầu điện năng cho các hộ sử dụng điện

ưu tiên trong lúc mất điện .

1.2. Tổng quan về những điều kiện tự nhiên của huyện Tân Thạnh

1.2.1. Vị trí địa lý kinh tế

Huyện Tân Thạnh nằm ở phía Bắc của tỉnh Long An với diện tích tự nhiên 42.578

ha, cách thành phố Tân An 45 km về phía Bắc theo quốc lộ 62. Ranh giới hành chính

huyện Tân Thạnh cụ thể như sau:

- Phía Đông giáp tỉnh Tiền Giang.

- Phía Tây giáp huyện Mộc Hóa.

- Phía Nam giáp tỉnh Đồng Tháp.

- Phía Bắc giáp huyện Thạnh Hóa.

Huyện Tân Thạnh bao gồm 1 thị trấn Tân Thạnh và 12 xã: Bắc Hòa, Hậu Thạnh

Đông, Hậu Thạnh Tây, Kiến Bình, Nhơn Hòa, Nhơn Hòa Lập, Nhơn Ninh, Tân

Bình, Tân Hòa, Tân Lập, Tân Ninh, Tân Thành. Huyện đang phấn đấu xây dựng thị trấn

Tân Thạnh đạt chuẩn đô thị loại IV đến năm 2020.

1.2.2. Đặc điểm địa hình

Địa hình huyện Tân Thạnh bị chia cắt bởi nhiều hệ thống kênh, rạch chằng chịt,

trong đó có một số kênh lớn như: kênh Dương Văn Dương, kênh 12, kênh 79, kênh Bảy

Thước. Trong đó kênh Dương Văn Dương là trục chính.

1.2.3. Đặc điểm địa chất

Theo kết quả điều tra xây dựng bản đồ đất tỷ lệ 1/100.000 vùng ĐTM năm 1994

của Phân viện Quy hoạch - TKNN cho thấy toàn huyện có 3 nhóm đất với 13 đơn vị chú

23

giải bản đồ đất; trong đó, nhóm đất phù sa có 414 ha (chiếm 0,97% DTTN) và nhóm đất

phèn 35.996 ha (chiếm 84,54% DTTN), nhóm đất xáo trộn 6.168 ha chiếm 14,49%

DTTN.

Địa chất huyện Tân Thạnh hình thành từ 2 loại trầm tích: trầm tích phù sa non trẻ

Holocene và trầm tích phù sa cổ Pleistocene, trong đó chủ yếu là trầm tích phù sa non trẻ

Holocene chứa vật liệu sinh phèn

Trầm tích Holocene bào phủ khoảng 82,9% diện tích tự nhiên của huyện, nó phủ

trùm lên trầm tích phù sa cổ. Đặc trưng cơ bản của đơn vị trầm tích này là sự có mặt của

Sulfidic, vật liệu chủ yếu hình thành đất phèn. Trầm tích không phân chia chiếm khoảng

4,5% diện tích tự nhiên. Do vậy, khi xây dựng các công trình kết cấu hạ tầng cần tính

toán đầu tư đảm bảo độ ổn định bền vững.

1.2.4. Đặc điểm khí hậu, khí tƣợng

Khí hậu huyện Tân Thạnh mang tính chất đặc trưng nhiệt đới gió mùa với nền

nhiệt cao đều quanh năm, ánh sáng dồi dào, lượng mưa khá lớn và phân bố theo mùa.

■ Nhiệt độ: Nhiệt độ bình quân năm là 27,2oC, tháng 5 là tháng nóng nhất với nhiệt độ trung bình 29,3oC và tháng 1 có nhiệt độ thấp nhất 25oC. Biên độ nhiệt trong năm dao động khoảng 4,3oC và biên độ nhiệt ngày và đêm dao động cao (từ 8oC đến 10oC).

■ Lƣợng mƣa:

Lượng mưa trung bình năm khá lớn (1.447,7 mm/năm) và phân bố theo mùa rõ

rệt. Mùa mưa trùng với mùa lũ gây ngập úng, cản trở quá trình sản xuất nông nghiệp và

phát triển kinh tế - xã hội của huyện.

■ Nguồn nƣớc mặt:

Nguồn nước cung cấp chính cho huyện Tân Thạnh là kênh Dương Văn Dương

(kênh Đồng Tiến – Lagrange) thuộc 2 tỉnh Đồng Tháp và Long An. Kênh 12 nối liền tỉnh

Long An và tỉnh Tiền Giang.

Ngoài ra, hệ thống kênh huyện Tân Thạnh, kênh Bảy Thước, kênh 79, kênh 5000

cũng là nguồn cung cấp nước quan trọng cho sản xuất và đời sống của người dân huyện.

■ Nguồn nƣớc ngầm:

Đặc điểm nổi bật về nguồn nước ngầm trong khu vực huyện Tân Thạnh là xuất

hiện sâu, giá thành khai thác cao, nên ít được khai thác. Trong khu vực huyện Tân Thạnh

nước mạch nông xuất hiện ở độ sâu 30 - 40 mét, nhưng do ảnh hưởng của phèn nên chất

24

lượng không tốt, khả năng sử dụng cho sinh hoạt bị hạn chế. Hơn nữa, tại Tân Thạnh

nước ngầm có hàm lượng tổng độ khoáng hóa rất thấp (1-3g/l) và pH<4, nên việc sử

dụng nước ngầm ở độ sâu <40 m để tưới hỗ trợ cho nông nghiệp và sinh hoạt rất hạn chế. Nước ngầm có khả năng khai thác ở độ sâu 260 – 290 m, trữ lượng 400m3 ngày

đêm/giếng, lưu lượng nước 05 lít/s và chất lượng tốt.

Hiện nay, nguồn nước sinh hoạt của nhân dân trong huyện phần lớn là sử dụng

nước máy, nước giếng, nước mưa, nước mặt đã qua xử lý (có 2 trạm). Các điểm cung cấp

nước đa phần do từ nhà nước và nhân dân cùng làm, xã hội hóa cấp nước sinh hoạt.

1.3. Điều kiện địa chất khu vực huyện Tân Thạnh

1.3.1. Địa tầng khu vực

Trên cơ sở các tài liệu địa chất đã thu thập được, địa tầng khu vực từ trên xuống

dưới như sau:

- Trầm tích Holocene

- Trầm tích Pleistocene gồm: trầm tích Pleistocene sớm – giữa (QI-II) và trầm tích

Pleistocene muộn (QIII).

- Trầm tích Pliocene (N2).

1.3.2. Địa chất công trình khu vực

Căn cứ vào các tài liệu đã thu thập được và trong phạm vi nghiên cứu từ mặt đất tự

nhiên xuống 20m thì các lớp đất được khảo sát thuộc 2 tầng trầm tích Holocene và

Pleistocene.

a. Trầm tích Holocene:

Tầng đất này phủ lên toàn bộ diện tích khu vực khảo sát. Đất có màu xám đen lẫn

nhiều rễ cây, xác bả động, thực vật đã và đang phân hủy. Đất có nguồn gốc trầm tích

sông – đầm lầy. Bề dầy tầng bắt gặp khoàng 5m.

Đây là lớp phù sa mới thuộc loại đất yếu, do điều kiện chưa nén dẽ lại chứa nhiều

hữu cơ, độ ngậm nước cao nên phần lớn ở trạng thái chảy, dẻo chảy (nhão, dẻo nhão),

khả năng chịu tải thấp, dễ xảy ra các hiện tượng gây mất ổn định như co ngót, trương nở,

sạt lở, sụt lún, trượt…

b. Trầm tích Pleistocene:

Tầng này bị phủ bởi trầm tích Holocene. Kết quả quan sát cho thấy là các nhóm

đất sét, sét pha và cát pha có màu xám trắng, nâu vàng, nâu đỏ. Trạng thái đất từ dẻo

cứng đến nửa cứng. Trong đất không có hoặc có rất ít hữu cơ. Đất có khả năng chịu tải

25

tương đối cao, độ rỗng vừa phải, hệ số nén lún nhỏ.

1.4. Kết luận chƣơng

Đầu tư cho ngành giao thông trong thời gian qua không ngừng tăng lên qua các

năm. Tuy nhiên việc sử dụng các phương pháp thi công còn qui cũ. Chưa áp dụng những

công nghệ mới để cập nhật, nhằm tìm ra những phương pháp có giá trị kinh tế tốt nhất.

Nâng cao được chất lượng và đảm bảo ổn định cho phù hợp với địa chất công trình tại địa

26

bàn huyện.

CHƢƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG NỀN ĐƢỜNG

TRÊN ĐẤT YẾU

2.1. Tổng quan về việc xây dựng nền đƣờng trên đất yếu

Trong thời đại ngày nay, cùng với quá trình đô thị hoá và sự phát triển của dân số

thì các công trình xây dựng nói chung và các công trình giao thông nói riêng cũng phát

triển không ngừng. Do điều kiện hạn chế về quỹ đất nên đòi hỏi các công trình này phải

đặt trên những vị trí (vùng đất yếu) mà trước đây được xem là không thích hợp. Những

vùng đất yếu có sức chịu tải thấp và thể hiện tính nén lún cao khi chịu tác dụng tải trọng.

Do đó, để đảm bảo điều kiện ổn định của nền và điều kiện bền vững của công trình trong

quá trình khai thác thì không thể tránh khỏi việc xử lý nền đất nhằm kiểm soát việc lún

lệch và những thiệt hại gây ra cho công trình.

Nền đường là bộ phận quan trọng của đường ôtô. Bảo đảm ổn định nền đường là

điều kiện tiên quyết để bảo đảm ổn định của kết cấu áo đường. Hai vấn đề quan trọng

nhất đối với nền đường là ổn định và lún. Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đường ôtô hiện

hành, nền đường đắp trên nền thiên nhiên phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:

- Nền đường phải đảm bảo ổn định toàn khối, không bị sụt trượt mái taluy; trượt

trồi, lún sụt nền đắp trên đất yếu; trượt phần đắp trên sườn dốc,…

- Nền đường phải đảm bảo đủ cường độ, không xuất hiện vùng biến dạng dẻo

nguy hiểm có thể gây cho kết cấu mặt đường bị lượn sóng, thậm chí gây phá hoại kết cấu

mặt đường bên trên.

Các biện pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu là một trong những công trình xây

dựng thường gặp. Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một

vấn đề tồn tại và là một bài toán khó đối với người xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề phức

tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của

công trình.

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều,

do vậy không thể xây dựng các công trình. Đất yếu là một loại đất không có khả năng

chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên.

Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính

chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử

lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều

27

kiện khai thác bình thường cho công trình.

Trong thực tế, có rất nhiều nền đường bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do

không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất

cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền phù hợp. Đây là một vấn

đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm

thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng

trên nền đất yếu.

2.1.1. Một số đặc điểm của nền đất yếu

Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; sức chịu tải bé (0,5 – 1kg/cm2); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kg); hệ số rỗng e lớn (e > 1,0); độ sệt lớn

(B>1); mô đun biến dạng bé (E<50kg/cm2); khả năng chống cắt (C) bé, khả năng thấm

nước bé; hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8; dung trọng bé

Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp:

– Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa

nước, có cường độ thấp;

– Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở

trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;

– Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả

phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ (20÷80%);

– Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha

loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là

cát chảy;

– Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm

nước cao, dễ bị lún sụt.

2.1.2. Các biện pháp xử lý nền đất yếu

Kỹ thuật cải tạo đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý

thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu

cầu của từng loại công trình khác nhau.

Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn tạo nền đường trên nền đất này thì

phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của nó. Nền đất sau khi xử lý

gọi là nền nhân tạo.

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như:

28

Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất…Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế

đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu

như các biện pháp xử lý nền.

Trong vài thập niên gần đây, công cuộc xây dựng và phát triển nông thôn ở Việt

Nam là những vấn đề quốc sách, nằm trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội của quốc

gia. Để hiện thực hoá định hướng chương trình Nông thôn mới theo Chương trình mục

tiêu Quốc Gia về xây dựng Nông thôn mới giai đoạn 2016-2020, Thủ Tướng Chính Phủ

ban hành Quyết định số 1600/QĐ-TTg ngày 16/8/2016.

Trên toàn huyện còn 4 tuyến đường với chiều dài khỏang 40 km đường nối từ

Quốc lộ, Tỉnh lộ đến trung tâm 4 xã chưa được nhựa hóa (hiện nay là kết cấu mặt đường

đá 0x4 và cấp phối sỏi đỏ). Bên cạnh đó, huyện Tân Thạnh phấn đấu xây dựng thị trấn

Tân Thạnh thành đô thị lọai IV đến năm 2020, vì vậy cần đầu tư mới một số tuyến đường

trên địa bàn thị trấn để hòan chỉnh tiêu chí về hạ tầng kỹ thuật.

2.2. Các giải pháp xử lý nền đƣờng trên đất yếu

2.2.1. Xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp đệm cát

Lớp đệm cát có tác dụng phân bố lại ứng suất lên nền đất yếu bên dưới công trình

đắp, 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.

Chiều dày đệm cát thường chọn theo kinh nghiệm, theo độ lún công trình và phải

có 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.

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

dụng lên đất nền.

• Ƣu điểm: Sử dụng vật liệu địa phương, thi công đơn giản nên rất hay được sử

dụng, giảm việc lún không đều cho công trình, đồng thời làm tăng quá trình cố kết của

đất nền.

• Nhƣợc điểm: Biện pháp sử dụng đệm cát chỉ phù hợp với nền có chiều cao đất

đắp nhỏ hoặc cho công trình nhỏ, bề dày lớp đất yếu không quá, với chiều cao nền đắp

lớn thì nên sử dụng kết hợp đệm cát với các biện pháp xử lý khác.

• Phạm vi áp dụng: đệm cát áp dụng tốt nhất cho nền đất yếu dày không quá 3m,

29

không nên sử dụng phương pháp này cho nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp

vì sẽ tốn kém chi phí hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định, cần có biện pháp

ngăn ngừa hiện tượng cát chảy.

Hình 2.1: Sơ đồ xử lý nền bằng đệm cát

2.2.2. Xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp cọc cát

Đất nền được cải tạo bằng cọc cát trở thành nền hỗn hợp.Khi chịu tải trọng tác

dụng, cọc vật liệu rời có khuynh hướng phình ngang và truyền ứng suất qua phần đất nền

ở phía trên. Cường độ và khả năng chịu tải của đất nền hỗn hợp có thể gia tăng và tính

nén lún giảm. Ngoài ra, cọc cát có hệ số thấm lớn nên nó cũng có chức năng làm tăng

nhanh tốc độ cố kết và giảm độ lún còn lại khi sử dụng công trình.

Điều kiện là cọc cát phải chịu được tải trọng đứng và chất lượng làm cọc phải ổn

định và đồng nhất.

• Ƣu điểm: cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên tiết kiệm chi phí

hơn so với các biện pháp gia cố khác.

• Nhƣợc điểm: Cần hết sức cảnh giác đối với nền có mực nước ngầm lên xuống,

thay đổi nhiều. Một số bài học cho việc sử dụng cọc cát cho nền có mực nước ngầm biến

đổi nhiều,nước đã rút cát dưới móng làm công trình bị lún rất nguy hiểm.

• Phạm vi áp dụng: Cọc cát thích hợp để xử lý các loại đất yếu như cát nhỏ, cát

bụi rời bão hoà nước, các lớp đất xen kẽ lớp bùn lỏng, các loại đất dính yếu cũng như các

loại bùn và bùn sét. Biện pháp gia cố nền bằng cọc cát được sử dụng cho các công trình

chịu tải trọng không lớn trên nền đất yếu như: gia cố nền nhà kho, gia cố nền đường, gia

30

cố đoạn đường dẫn vào cầu, gia cố các nền bến bãi...

Hình 2.2: Sự phân bố ứng suất lên cọc cát

2.2.3. Xử lý nền hạ bằng phƣơng pháp giếng cát kết hợp với gia tải trƣớc

Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng thiết bị tiêu nước thẳng đứng,

một trong những phương pháp đặc trưng là giếng cát.

Với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi bố trí giếng cát trong nền đất

và kết hợp gia tải, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, nước lổ rỗng trong đất nền thấm về

hướng giếng cát rồi sau đó thoát nhanh theo phương đứng ra khỏi nền đất. Áp lực nước lổ

rỗng thặng dư tiêu tán và đất nền nhanh đạt đến độ lún ổn định để khi công trình được

đưa vào sử dụng thì độ lún còn lại không đáng kể.

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 (đất đắp hoặc hút chân không).

- Lớp đệm cát

+ Ngoài chức năng phân bố lại ứng suất trong đất nền do ứng suất tập trung vào

lớp cát thay thế, lớp đệm cát đóng vai trò như lớp đệm thoát nước. Nước lỗ rỗng trong đất

bị nén ép bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thoát hướng về giếng cát, từ các giếng

cát nước lỗ rỗng này theo môi trường cát trong giếng (có tính thấm tốt) thoát về phía đệm

31

cát, đệm cát dẫn nước thoát ngang và tiêu tán ra ngoài.

Hình 2.3: Nền được xử lý bằng giếng cát

• Ƣu điểm:

+ Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

+ Tăng nhanh khả năng chịu tải của đất nền

+ Nền được lún trước do thoát nước và gia tải

+ Giảm mức độ biến dạng và biến dạng không đồng đều của đất nền

+ Tăng khả năng chống trượt khi công trình chịu tải ngang

• Nhƣợc điểm:

+ Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình có tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất

yếu không lớn.

+ Thời gian thi công (gia tải) lâu

+ Không hiệu quả cho đất nền có hệ số thấm k < (8÷10)cm/s

• Phạm vi áp dụng: sử dụng cho các công trình như nền đường, nền nhà xưởng,

nền nhà kho khi có thời gian chờ cố kết.

2.2.4. Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trƣớc

Tương tự như giếng cát bấc thầm đứng có 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 ngoài, nước lỗ rỗng

trong đất nền thấm về hướng bấc thấm rồi sau đó thoát 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 2.4.

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

32

gia tải trước.

Hình 2.4: Xử lý nền bằng bấc thấm

• Ƣu điểm:

+ Bấc thấm có khả năng thoát nước tốt

+ Dễ dàng công nghiệp hoá trong sản xuất

+ Đảm bảo tính liên tục của đường thoát nước

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

• Nhƣợc điểm:

+ Bấc thấm có thể bị tắc do màng lọc chất lượng kém

+ Bấc bị đứt trong quá trình thi công cắm bấc.

• Phạm vi áp dụng: sử dụng cho các công trình như nền đường, nền nhà xưởng,

nền nhà kho khi có thời gian chờ cố kết.

2.2.5. Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất trộn xi măng.

Trước đây biện pháp xử lý đất trộn vôi đã được sử dụng nhiều trong nước. Thời

gian gần đây, với công nghệ, thiết bị thi công du nhập từ nước ngoài vào, cộng thêm việc

nghiên cứu được chú trọng nên cọc đất gia cố ximăng được sử dụng phổ biến hơn trong

xây dựng công trình đắp.

Cọc đất gia cố ximăng thường dùng cho các công trình chịu tải trọng lớn (đường

lăn, bãi đỗ trong sân bay, bến cảng); các công trình đòi hỏi độ ổn định cao (đường đắp

cao đầu cầu, bãi đúc các cấu kiện lớn, nền kho bãi,...); các công trình gia cố nền trong

phạm vi nhỏ hẹp (nhà móng nông bị nghiêng lún...).

Mô hình cấu tạo của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng,

33

gia cố vôi cho đường đắp cao đầu cầu.

Hình 2.5: Mô hình xử lý nền bằng cọc đất trộn xi măng

Hiệu quả của việc xử lý nền bằng xi măng hoặc vôi 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 vôi. 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, cường độ phụ

thuộc chủ yếu vào sự xi măng hoá trong quá trình thủy hợp.

• Ƣu điểm:

+ Khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến

bùn yếu),

+ Thi công nhanh, thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc

điều kiện hiện trường chật hẹp, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro

cao. + Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ

cường độ.

+ Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng

Rất thích hợp cho công tác sử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu vực

nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển.

• Nhƣợc điểm:

+ Khó kiểm soát được chất lượng cọc xi măng đất.

+ Cần nhiều máy móc thiết bị phối hợp để thi công.

• Phạm vi áp dụng: Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất

yếu. Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho

34

các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào

chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, gia cố đất xung quanh

đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu

dẫn...

2.3. Tổng quan về vật liệu địa kỹ thuật

Vật liệu ĐKT là những vật liệu tổng hợp dùng để ổn định, gia cường nền đất và

thường là những vật liệu cao phân tử (vật liệu polyme tổng hợp có kích thước và khối

lượng phân tử lớn). Các loại VL ĐKT bao gồm vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, bạt

chống thấm, đất sét tổng hợp, lưới thoát nước, ô địa kỹ thuật. Vì là các sản phẩm cao

phân tử nên các VL ĐKT phù hợp với yêu cầu tăng cường khả năng chịu lực của nền đất,

đồng thời có thời gian sử dụng lâu bền. VL ĐKT có ứng dụng rộng rãi trong các ngành

xây dựng, giao thông, địa chất, môi trường, thủy lợi và nuôi trồng thủy sản. Những vật

liệu này có thể dùng trong các ứng dụng ngoài trời, hoặc chôn lấp trong đất. Vải địa kỹ

thuật được sản xuất có dạng tấm phẳng, linh hoạt , có thể cho nước thấm qua. Vải địa kỹ

thuật thường được phân loại làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi: dệt, không dệt

và vải địa phức hợp.

Vật liệu địa kỹ thuật rất linh hoạt trong sử dụng, phù hợp với nhiều loại công trình và

có thể kết hợp với nhiều loại vật liệu xây dựng khác. Chúng có ứng dụng rất rộng rãi

trong nhiều lĩnh vực thuộc xây dựng dân dụng, đặc biệt là địa kỹ thuật, giao thông vận

tải, tài nguyên nước, môi trường, bờ biển, kỹ thuật bờ biển. Vật liệu địa kỹ thuật được

phát triển nhanh chóng trong vòng bốn thập kỷ qua do có những đặc tính cơ bản sau:

+ Không bị ăn mòn.

+ Không bị biến chất do tác động của sinh học và hoá học.

+ Độ bền cao dưới tải trọng lâu dài của các lớp đất bên trên.

+ Độ đàn hồi cao

+ Thể tích nhỏ

+ Vật liệu nhẹ

+ Dễ dàng lưu trữ và vận chuyển

+ Đơn giản trong lắp đặt

+ Đẩy nhanh quá trình thi công

+ Tạo giải pháp kinh tế và thân thiện với môi trường.

35

+ Tạo thẫm mỹ cho công trình.

Vật liệu địa kỹ thuật có nhiều áp dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng. Khi sử

dụng tương tác với đất, đá hay các loại vật liệu xây dựng khác, chúng thường thể hiện

một hoặc nhiều đặc tính cơ bản dưới đây:

» Sự gia cường cho nền

» Sự phân cách lớp

» Sự lọc

» Sự thoát nước

» Sự ngăn dòng chảy

» Sự bảo vệ nền

Nhưng trong xây dựng các công trình trên nền đất yếu, chủ yếu dựa trên 4 chức năng

cơ bản sau:

- Phân cách (separation)

- Lọc (filtration)

-Tiêu thoát nước (drainage)

- Gia cường (reinforcement)

- Các loại vật liệu ĐKT: Loại vải có dệt, loại vải không dệt, loại vải đan.

+ Loại vải có dệt: Vải địa kỹ thuật được sản xuất bằng cách dệt từ các sợi hoặc bó

sợi, được dệt ngang dọc giống như vải may. Biến dạng của nhóm này thường được thí

nghiệm theo 2 hướng chính: hướng dọc máy, viết tắt MD (machine direction) và

hướng ngang máy, viết tắt CD (cross machine direction). Sức chịu kéo theo hướng

dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo hướng ngang máy.

36

Hình 2.6: Vải địa kỹ thuật loại có dệt

+ Loại vải không dệt: gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một

hướng nhất định nào, được liên kết với nhau bằng phương pháp hóa học (dùng chất dính),

hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc cơ (dùng kim dùi).

Hình 2.7: Vải địa kỹ thuật loại không dệt

+ Loại vải đan: là loại vải sản xuất bằng cách đan các sợi hoặc các bó sợi lại bằng

máy đan thay vì dệt các sợi lại với nhau

Hình 2.8: Vải địa kỹ thuật loại đan

• Geogrids (lưới địa kỹ thuật): Lưới địa kỹ thuật được làm bằng hợp chất

polypropylen (PP), polyester (PE) hay bọc bằng polyetylen-teretalat (PET). Vật liệu

37

dùng làm lưới địa có sức chịu kéo đứt rất lớn 40.000 psi (so với sắt là 36.000 psi)

Lưới địa được chia thành 3 nhóm:

+ Lưới một trục,

+ Lưới hai trục,

Hình 2.9: Lưới địa kỹ thuật loại một trục

Hình 2.10: Lưới địa kỹ thuật loại hai trục

• Geonet : có sản phẩm polimer có dạng tấm, bao gồm một mạng lưới dày đặc các

ô. Thoạt đầu, geonet có hình dạng tương tự như geogrids, tuy nhiên, geonet khác

geogrids không phải ở chất liệu hay đặc tính mà ở chức năng trong việc thoát chất lỏng

38

hoặc chất khí trong phương mặt phẳng lưới

Hình 2.11: Geonet

• Geomembranes (màng địa kỹ thuật): là sản phẩm polymer tổng hợp ở dạng cuộn

hoặc tấm có hệ số thấm rất thấp K=10-12 ÷10-16cm/s, màng địa kỹ thuật được sử dụng

để chống thấm cho công trình hoặc làm tường vây ngăn cách giữa khu chế xuất, nhà máy

lọc dầu, kho chứa chất lỏng … và khu dân cư. Loại màng chống thấm HDPE được sử

dụng nhiều nhất ở Việt Nam hiện nay là màng địa kỹ thuật HDPE bề mặt nhẵn.

Hình 2.12: Geomembrane (màng địa kỹ thuật)

• Geocell (ô địa kỹ thuật): được tạo thành từ những tấm HDPE liền kề và liên tục

được hàn nhiệt với nhau một cách với những khoảng cách nhất định, các tấm này khi kéo

ra sẽ tạo thành các ô. Những ô này sau khi được đổ đất /đá/ sỏi sẽ tạo thành một kết cấu

có khả năng gia cường nền đất, mái dốc nhằm chống xói mòn. địa kỹ thuật được đổ đất

và để trên lớp màng HDPE của mái taluy ô chôn lấp giúp bảo vệ lớp màng chống thấm

39

tránh được các tác động lâu dài về môi trường và các tác động cơ học bên ngoài. Mặt

khác hệ thống này sẽ tạo điều kiện thuận lợi để một lớp thảm cỏ thực vật mọc nhằm tạo

cảnh quan.

Hình 2.13: Geocell (ô địa kỹ thuật)

• Geocomposite : là một thuật ngữ chỉ sản phẩm được kết hợp của các tấm mỏng

hay các thanh từ hai hay nhiều chất liệu, trong đó ít nhất một thành phần là vật liệu địa kỹ

thuật tổng hợp như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, màng địa kỹ thuật hay một dạng

khác). Với sự kết hợp đó, các tính năng sẽ phát huy hiệu quả hơn là khi sử dụng riêng rẽ

Hình 2.14: Geocomposite

• Geofoam: là vật liệu cao phân tử được chế tạo ở dạng nửa lỏng cùng với sự tham

40

gia của phụ gia tạo bọt nên geofoam có trọng lượng nhẹ, được tạo tạo hình bản hoặc hình

khối với hệ số rỗng cao dùng làm vật liệu đắp trọng lượng nhẹ, vật liệu cách nhiệt và

kênh dẫn nước.

Hình 2.15: Geofoam

2.3.1. Lƣới địa kỹ thuật

Là một tổng hợp của các vật liệu sản xuất từ chế phẩm của dầu mỏ Polyethylene

hoặc polypropylen, polyester hoặc Polyviyl, các biến thể của Lưới địa kỹ thuật ngày nay

còn được sản xuất với cốt sợi thủy tinh, hoặc các lớp lỏi bằng HDPE và lớp phủ bằng sợi

các bon, dùng để gia cường các công trình tường chắn của mái dốc của con đường với

sức căng rất lớn.

Tùy theo công nghệ sản xuất của nhà cung cấp lưới địa mà có các sản phẩm và chế

phẩm được cung cấp cho thị trường xây dựng hạ tầng cơ bản khác nhau. Lưới địa 2 trục,

lưới địa 3 trục và lưới địa xoắn kép. Tiêu chuẩn của lưới địa ngày nay được thí nghiệm

theo chuẩn của ASTM Quốc tế, Việt Nam vẫn có bộ tiêu chuẩn Quốc gia riêng, nhưng cơ

bản vẫn là ASTM Quốc tế.

a. Các chức năng của lƣới địa kỹ thuật

Lưới địa kỹ thuật được làm bằng chấtpolypropylen(PP), polyester(PE) hay bọc

bằngpolyetylen-teretalat (PET) với phương pháp ép và dãn dọc. Vật liệu dùng làm lưới

địa có sức chịu kéo đứt rất lớn 40.000psi (so với sắt là 36.000 psi).

o Lưới một trục,

o Lưới hai trục,

o Lưới ba trục,

41

Lưới địa được chia thành 3 nhóm:

+ Lưới một trục: có sức kéo theo hướng dọc máy, thường để gia cố mái dốc, tường

chắn v.v.

+ Lưới hai trục: có sức kéo cả hai hướng, thường dùng để gia có nền đường, nền

móng công trình v.v... Trái với vải, hướng ngang máy có sức chịu kéo lớn hơn dọc máy.

Giải pháp sử dụnglưới địa kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong

những công trình tường chắn dẫn vào đầu cầu, kè sông, kè biển và gia cố, sửa chữa mái

dốc do những ưu điểm vượt trội sau đây:

- Độ an toàn cao, bền vững với môi trường, vòng đời thiết kế 120 năm.

- Thời gian thi công nhanh chóng.

- Tận dụng vật liệu tại chỗ.

- Cho phép máy móc hạng nặng hoạt động gần khu vực mép mái dốc để đầm chặt

đều.

- Sử dụng giải pháp trồng cỏ trên mặt taluy tạo cảnh quan và thân thiện với môi

trường.

- Có thể thiết kế và thi công tường chắn đạt đến độ cao 45 mét.

- Nhiều lựa chọn cho bề mặt tường chắn, đảm bảo tính thẩm mỹ của công trình.

- Tiết kiệm được chi phí so với các kết cấu trọng lực và bê tông gia cố truyền

thống, ít bị hủy hoại bởi thời tiết,tia tử ngoại, bởi môi trường chung quanh như đất có

axít, kiềm, và các chất độc hại khác.

b. Lƣới địa kỹ thuật với chức năng ổn định nền móng

Các lưới địa kỹ thuật chịu lực hai chiều kết hợp với hiệu quả hoạt động trong

việc gia cố vật liệu rời và các lớp móng đường mang lại nhiều lợi ích:

- Giảm độ dày lớp vật liệu sỏi/đá tới 40% mà không giảm chất lượng công trình.

- Giảm khối lượng đào cùng với việc bảo tồn được các nguồn vật liệu tự nhiên.

- Giảm mức độ xáo trộn và khả năng làm yếu các lớp móng đường nhạy cảm.

- Nâng cao độ chặt của lớp vật liệu đắp.

- Tăng vòng đời thiết kế.

- Kiểm soát được các khả năng lún chênh lệch…

c. Gia cố nền đƣờng nhựa

Những mặt đường chịu tải trọng cao liên tục cũng như những đường bê tông có

42

phủ nhựa hoặc những đường có móng đá trộn sẽ hoạt động tốt hơn nếu được gia cố. Các

sản phẩm gia cố nền đường nhựa sẽ giúp giảm chi phí bảo dưỡng và phù hợp với tất cả

các loại hỗn hợp nhựa:

- Giảm độ dày lớp nhựa đến 40%;

- Giảm đáng kể hiện tượng nứt mặt đường;

- Giảm hiện tượng lún đến 70%;

- Tăng vòng đời mặt đường;

- Dễ thi công.

d. Các ứng dụng của lƣới địa kỹ thuật

Chính vì những lợi ích trên, lưới địa kỹ thuật sẽ được sử dụng rất hiệu quả trong

những ứng dụng: làm đường tạm cho xe vào thi công khi đi qua khu vực đất yếu, kết cấu

áo đường cho mặt đường cao tốc, bãi container trong cảng biển, đường cho xe siêu

trường, siêu trọng, sàn làm việc cho phương tiện thi công hạng nặng.

- Tường chắn trọng lực: Lưới được trải nằm ngang, liên kết với các tấm hoặc các

khối ốp mặt ngoài nhằm chống lại các lực cắt của khối trượt có thể xảy ra, và có thể xây

các tường chắn cao tới 17 m với mái dốc đến 90 độ.

- Mái dốc: Lưới được trải thành từng lớp nằm ngang trong thân mái dốc để tăng

khả năng ổn định, khống chế trượt. Mặt ngoài của mái dốc có thể được neo bằng chính

lưới địa kỹ thuật hoặc chắn bằng các bao tải đất hoặc thảm thực vật nhân tạo chống xói

mòn bề mặt. Mái dốc xây dựng theo phương pháp này có thể đạt tới độ cao 50 m.

- Đường dẫn đầu cầu: Giống như tường chắn trọng lực, lưới được trải thành từng

lớp ngang, neo giữa các tấm ốp mái ở hai mái đường dẫn đầu cầu, vừa tăng khả năng chịu

tải đồng thời tiết kiệm không gian hai bên đường dẫn.

- Liên kết cọc: Sau khi đóng cọc móng, lưới được trải trên các cọc, tạo thành một

hệ đỡ truyền tải trọng từ công trình bên trên xuống tất cả các cọc một cách hiệu quả, đồng

thời giúp tiết kiệm được số lượng cọc sử dụng.

- Tạo lưới đỡ trên nền có nhiều hốc trống: Lưới được sử dụng phủ nền có nhiều

hốc trống, phần nền đá vôi, phần nền có nhiều vật liệu khối lổn nhổn... hạn chế sụt lỗ

rỗng, bảo vệ các lớp lót như màng chống thấm (ô chôn lấp rác, hồ chứa trên núi đá đồi,

vùng mỏ, v.v.)

- Tăng ma sát trên mái dốc: Nhằm tăng ma sát của vật liệu đắp trên mái dốc có trải

43

các lớp màng chống thấm trơn hoặc vật liệu địa kỹ thuật khác.

2.3.2 Các chức năng của vải địa kỹ thuật

2.3.2.1. Vải địa kỹ thuật với chức năng làm lớp 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 hai 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 vật 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 thụ, chống chịu, truyền và phân bố hữu hiệu toàn bộ tải trọng giao

thông.

2.3.2.2. Vải địa kỹ thuật với chức năng làm lớp lọc ngƣợc

Thoát nước sau lưng tường chắn đất hoặc một hệ thống thoát nước ngầm trong

những công trình đất đắp về giao thông, thủy lợi… trước đây người ta dùng vật liệu hạt

làm tầng lọc ngược – với một cấp phối vật liệu nhất định.

Tuy nhiên hiệu quả của tầng lọc ngược không đạt yêu cầu sau một thời gian sử

dụng do các hạt bụi, sét bám, lấp kín tầng lọc ngược làm giảm hoặc mất khả năng thoát

nước của tầng lọc ngược. Vải địa kỹ thuật có chức năng như một 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 thuộc tính 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, 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.

2.3.2.3. Vải địa kỹ thuật với chức năng làm lớp tiêu thoát nƣớc

Vải địa kỹ thuật ngoài khả năng thấm lọc nước theo phương thẳng góc với vải, nó

còn đóng vài 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 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

44

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 của khuynh hướng “đóng bánh” gần vải, hình thành một màn ngăn không thấm nước

do sự tích tựu 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.

2.3.2.4. Vải địa kỹ thuật với chức năng gia cƣờng nền đắp trên đất yếu

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 của đất.

Lực kéo trong vải được huy động 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 làm gây phá hoại, đồng thời làm tăng thành phần

lực chống phá hoại trong đất giúp gia tăng độ ổn định của công trình.

Đối với đường đắp thấp thì chức năng gia cường của vải không đóng vai trò quan

trọng trong việc gia tăng khả năng chịu tải của nên đường dưới tải trọng đứng của bánh

xe. Bởi vì do chiều dày và tải trọng bản thân của khối đất đắp nhỏ nên không thể gây ra

chuyển vị ngang là lực ma sát bề mặt giữa đất và vải đủ lớn để huy động được lực kéo

trong vải.

Vào những năm 2000-2003, trước khi xây dựng đường đắp tuyến Trới – Vũ Oai,

đường cấp III đồng bằng (Quảng Ninh), chủ trì thiết kế đã dùng 2, 3 lớp vải địa kỹ thuật

vừa làm lớp ngăn cách vừa làm nhiệm vụ gia cường cho nềnđường đắp trên đất yếu, có

chiều cao đắp từ 1 ÷ 1,5m. Khoảng cách giữa các lớp vải địa kỹ thuật thay đổi từ 30 ÷

35cm.

Cũng vào những năm 2002, trên QL1 đoạn tránh thành phố Vinh chủ trì thiết kế

đã dùng vải địa kỹ thuật làm lớp ngăn cách giữa đất yếu ở độ sâu đào 80cm và cát đổ lên

trên. Sau đó tiếp tục sử dụng 3 lớp vải địa kỹ thuật nữa, mỗi lớp cách nhau 40cm để gia

cường phần nền đào (80cm) và phần nền đắp cao 4 ÷ 5m. Hai công trình này đã khai thác

45

đến nay (2013) được trên 10 năm, chất lượng rất tốt. Đây cũng là các công trình sử dụng

vải địa kỹ thuật để xử lý nền đắp trên đất yếu lần đầu tiên ở Việt Nam, thi công đơn giản,

giảm giá thành xây dựng.

Hai công trình này làm tiền đề tốt cho việc sử dụng vải địa kỹ thuật để gia cường

nền đắp trên đất yếu cho nhiều dự án xây dựng đường khác như đường cao tốc TP Hồ

Chí Minh – rung Lương, Giẽ - Ninh Bình, Hà Nội – Thái Nguyên, Nội Bài – Lào cai …

2.3.2.5. Vải địa kỹ thuật làm cốt tƣờng chắn đất (tƣờng chắn cốt mềm)

Trên thế giới, để tăng khả năng đắp đất cho tường chắn có chiều cao lớn, hoặc độ dốc đứng đến 90o, người ta đã sử dụng vải địa kỹ thuật xây dựng nhiều tường chắn vừa

đạt yêu cầu về chiều cao đắp tường, độ bền sử dụng và tạo cảnh quan thẩm mỹ nhưng

giá thành rẻ hơn từ 25% đến một nửa so với tường bêtông cốt thép.

2.3.2.6. Vải địa kỹ thuật với chức năng vật liệu thấm hạ mực nƣớc ngầm

Người ta sử dụng vải địa kỹ thuật bao lấy vật liệu đá dăm cỡ nhỏ để thoát nước,

bao lấy ống thoát nước ngầm trước khi đắp cát, bao bọc lấy vật liệu đá dăm khi không có

ống thoát nước, bao lấy vật liệu đá dăm có dạng cắt ngang hình thang hở không có ống

thoát nước, làm chức năng lớp thấm nước để hạ mực nước ngầm.

2.3.2.7. Bảo vệ, chống xói mòn nền đƣờng đắp, đê biển và xói ta luy mái hồ đập

Vải địa kỹ thuật được sử dụng với chức năng chống xói mòn, bảo vệ mái dốc

không bị xói lở làm hư hỏng nền đường, các rãnh dọc hai bên đường, chống xói mòn mái

dốc nền đường, đê, đập, đáy các kênh đào, các khu lấp đất lấn biển, nền đường đắp ven

sông hồ, mái dốc khu vực thượng, hạ lưu sông, đặc biệt là đoạn qua chỗ thu hẹp lòng

sông lưu vực cầu… ví dụ như chống xói ở thượng và hạ lưu của các cầu: cầu Phù Đổng

(qua sông Đuống), cầu Như Nguyệt (qua sông Cầu), cầu Sương Giang (qua sông

Thương) trên QL1 đoạn Hà Nội – Lạng Sơn do công ty tư vấn Thiết kế PCI Nhật Bản

thiết kế (1998).

2.3.2.8. Vải địa kỹ thuật làm ống địa kỹ thuật (nhóm SI Geosolution)

Ống địa kỹ thuật được sử dụng rất đa dạng với nhiều hình thức khác nhau: người

ta lấy vải địa kỹ thuật may thành ống rồi bơm đầy cát vào, xếp thành bờ bảo vệ chống xói

mòn bờ đê, các công trình chạy dọc bờ biển. Ống địa kỹ thuật cũng được dùng trong xử

lý nạo vét lòng sông, biển. Ngoài ra ống địa kỹ thuật cũng được dùng để rút nước từ bùn.

Ống địa kỹ thuật và hệ thống ngăn giữ là một giải pháp có tính kinh tế cao, có thể xử lý

những vấn đề liên quan đến môi trường sinh thái ô nhiễm, chất thải từ nhà máy, xí

46

nghiệp, các chất thải từ nông nghiệp, công nghiệp, ao, hồ ...

2.4. Các ứng dụng cụ thể của vật liệu địa kỹ thuật cho thiết kế đƣờng

2.4.1. Ứng dụng trên một mặt đƣờng yếu có mặt bằng hẹp

Những ứng dụng rộng rãi nhất của lưới địa trong công tác xử lý nền móng yếu,

trên một mặt đất mềm của một con đường hoặc một ứng dụng cho các biện pháp chống

giằng các mái Taluy chống trượt đất trên các sườn núi để bảo vệ một đoạn đường cao tốc,

một khu dân cư, hoặc một dự án ngăn đập thủy điện.

Một minh họa cho việc có sử dụng lưới địa kết hợp với vải địa kỹ thuật không dệt

theo hình ành dưới đây, các ống mao dẫn trong vải thoát nước đứng mà gọi chuyên ngành

là chức năng thoát nước thẳng đứng hoặc lọc ngược.

Một vùng đất yếu có không gian hẹp thì không cần gia cố các cọc liên kết, vì xung

quanh địa tầng có thể cứng và kết cấu ổn định của đất, sự chuyển dịch của các hạt đất cát,

đất mềm mịn trượt theo dòng chảy là không đáng kể, do đó có thể chỉ sử dụng kết hợp

vải địa để lọc, và lưới địa tạo thanh giằng cho mặt đường không sụt lún quá mức. Một mô

phỏng cho việc có sử dụng kết hợp lưới địa và vải địa không dệt như hình ảnh sau đây:

Hình 2.16. Vải địa kỹ thuật dùng cho đường

2.4.2. Ứng dụng lƣới địa trong một mặt bằng có không gian rộng

Nếu một con đường hoặc một tuyến đường sắt phải chạy ngang qua một vùng

trũng có đất mềm và yếu, các vấn đề sẽ phát sinh khá phức tạp. Vì không gian quang nó

là một vùng rộng lớn toàn đất yếu, các địa tầng là hoàn toàn không ổn định và đầy nước

giải pháp liên kết cọc phải được hỗ trợ cho trường hợp này.

Tùy vào độ mạnh yếu khác nhau của nền đất mà các phương pháp liên kết cọc

được tính đến, nếu nền đất yếu có cường độ cắt của lớp nền quá thấp với thông số (cu

<10-15 kPa) thì các giải pháp ổn định giếng cát hoặc cọc Bê tông là không ổn định được

47

nền móng, hoặc nếu cố làm thì chi phí sẽ đội lên nhiều lần.

Trường hợp này buộc phải ổn định nền móng bằng phương pháp đóng Bấc thấm

và gia tải, trước khi sữ dụng một thảm lưới địa bên trên bề mặt để ổn định nền móng.

Nếu thông số cao hơn (cu <10-15 kPa), trường hợp này các phương pháp liên kết

cọc được tính đến với chi phí giảm nhiều lần và thời gian thi công nhanh hơn rất nhiều so

với thông số như đã nêu. Để thực hiện gia cường trong trường hợp này, mặt đất đã được

giằng bằng những dãi lưới địa theo một khoảng cách nhất định, lưới địa có các thanh

giằng được tính là lưới địa 1 trục, lưới địa 2 trục và lưới địa 3 trục, cường độ chịu kéo

của lưới địa tính theo kN/m tương tự như vải địa.

Ngoài ra, lớp phân cách là vải địa kỹ thuật không dệt của vật liệu mịn phía trên

được trãi vào bên dưới lưới địa cốt sợi thủy tinh như hình minh họa sau.

Hình 2.17. Ứng dụng kết hợp vải không dệt và lưới địa kỹ thuật trong nền đường

2.5. Kết luận chƣơng

Có rất nhiều phương án gia cố đường trên nền đất yếu, cho nên việc lưa chọn một

phương pháp an toàn và hiệu quả là vấn đề lớn đặt ra đối với địa bàn huyện. Trong những

phương pháp cũ có phương pháp gia cố cọc xi măng đất, ngoài ra sau này phương pháp

dùng cho các công trình gia cố Lưới địa ngày càng được sử dụng như là giải pháp an

toàn, sinh thái và kinh tế. So với các giải pháp thông thường bằng bê tông, chúng thường

48

có lợi ích về chi phí thấp hơn và tác động môi trường ít hơn.

CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG

CÔNG TRÌNH ĐƢỜNG TRÊN ĐẤT YẾU

3.1. Sơ lƣợc về sự ổn định của nền đƣờng đất đắp

Nền đường là bộ phận quan trọng của đường ôtô. Bảo đảm ổn định nền đường là

điều kiện tiên quyết để bảo đảm ổn định của kết cấu áo đường. Hai vấn đề quan trọng

nhất đối với nền đường là ổn định và lún. Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đường ôtô hiện

hành, nền đường đắp phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:

- Nền đường phải đảm bảo ổn định toán khối, không bị sụt trượt mái taluy; trượt

trồi, lún sụt nền đắp trên đất yếu; trượt phần đắp trên sườn dốc,…

- Nền đường phải đảm bảo đủ cường độ, không xuất hiện vùng biến dạng dẻo nguy

hiểm có thể gây cho kết cấu mặt đường bị lượn sóng, thậm chí gây phá hoại kết cấu mặt

đường bên trên.

Phương pháp nghiên cứu ổn định nền đường được sử dụng rộng rãi trong thiết kế

hiện nay là phương pháp cân bằng giới hạn. Hệ phương trình cơ bản của phương pháp

này bao gồm hai phương trình cân bằng (bài toán ứng suất phẳng) và điều kiện chảy dẻo

Mohr- Coulomb. Vì không coi đất là vật liệu đàn hồi nên phải đưa thêm điều kiện chảy

dẻo Mohr-Coulomb để có đủ phương trình để xác định trạng thái ứng suất trong đất.

Những điểm trong khối đất thỏa mãn ba phương trình trên là những điểm ở trạng thái

chảy dẻo. Sự xuất hiện một điểm chảy dẻo hoặc nhiều điểm chảy dẻo cục bộ chưa thể gây

phá hoại khối đất. Khối đất chỉ bị phá hoại khi xuất hiện các lưới đường trượt (lưới các

điểm chảy dẻo) cho phép các phần khối đất trượt tự do tương đối với nhau. Rankine

(1857) là người đầu tiên giải hệ phương trên theo ứng suất để tìm phân bố lực ngang và

hệ số áp lực ngang trong đất, áp lực chủ động và áp lực bị động tác dụng lên tường chắn.

Prandtl (1920) dựa trên ứng suất tìm được cường độ giới hạn của nền đất dưới tác dụng

của áp lực truyền qua móng cứng. Chiều cao giới hạn của mái dốc thẳng đứng cũng có

thể tìm được từ việc xét trạng thái ứng suất trong khối đất. Tuy nhiên phương pháp sử

dụng trạng thái ứng suất để nghiên cứu ổn định khối đất cho ta rất ít kết quả.

Phương pháp nghiên cứu hiệu quả và được dùng rộng rãi là phương pháp mặt trượt.

Coulomb (1776) là người đầu tiên dùng giả thiết mặt trượt phẳng để nghiên cứu áp lực

đất tác dụng lên tường chắn. Fellenius (1926) dùng mặt trượt trụ tròn để đánh giá ổn định

49

mái dốc (trường phái Thụy điển). Tuy nhiên, để có được mặt trượt đúng, thì cần biến đổi

hệ phương trình trên về hệ phương trình trong tọa độ cong mà tiếp tuyến của đường cong

trùng với vectơ đường trượt như Koiter (1903) đã làm. Prandtl (1920) là người đầu tiên

tìm được hàm giải tích của đường trượt cho trường hợp móng cứng đặt trên nền đất

không trọng lượng, đó là họ các mặt trượt phẳng và họ các mặt trượt xoắn ốc logarit...

Sokolovski (1965) dùng phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình vi phân

đường trượt và nhận được kết quả số cho nhiều trường hợp tính toán khác nhau. Terzaghi

(1943) và Berezansev (1958) cũng sử dụng họ các mặt trượt trong nghiên cứu ổn định

khối đất. Chú ý rằng điều kiện chảy dẻo Mohr- Coulomb đối với đất có ma sát làm thay

đổi thể tích khối đất khi chảy dẻo, vi phạm quy tắc chảy dẻo kết hợp. Để tránh điều này,

W. F. Chen đã dùng mặt trượt xoắn ốc logarit khi tính ổn định mái dốc. Mặt trượt giữ vai

trò quan trọng trong nghiên cứu ổn định khối đất cho nên W. F. Chen (1975) đã đưa ra

phương pháp xây dựng mặt trượt giữa các khối đất cứng, giữa các khối bê tông và khối

đá. Từ cách làm đó đã hình thành nên lý thuyết đường trượt (slip-line field theory) hiện

nay.

Những vấn đề trên là cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính toán thực hành và

nghiên cứu ổn định khối đất được trình bày trong chương tổng quan của nghiên cứu.

Phương pháp cân bằng giới hạn với hai cách giải nêu trên, như W. F. Chen đã nhận xét,

chưa phải là ứng dụng đúng đắn của phương pháp phân tích giới hạn (limit analysis) của

lý thuyết đàn - dẻo lý tưởng bởi vì chưa xét đến hiện tượng thể tích khối đất bị thay đổi

khi dùng điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb. Mặt khác, hệ phương trình cơ bản nêu trên

không cho phép xác định trạng thái ứng suất tại những điểm chưa chảy dẻo, tức là không

xét được trạng thái ứng suất của toàn khối đất.

Đất là vật liệu phức tạp, chúng ta chưa biết được đầy đủ các đặc trưng cơ lý của nó.

Tuy nhiên, nghiên cứu mẫu đất trong phòng thí nghiệm cũng như thí nghiệm tấm ép ở

hiện trường cho thấy có thể coi đất là vật liệu đàn dẻo lý tưởng tuân theo điều kiện chảy

dẻo Mohr- Coulomb để có thể sử dụng phương pháp cân bằng giới hạn hoặc tổng quát

hơn là các định lý về phân tích giới hạn đển nghiên cứu ổn định của khối đất.

- Biến dạng dẻo

Trên hình trình bày quan hệ ứng suất biến dạng của vật liệu đàn dẻo lý tưởng khi

chịu ứng suất một chiều. Ứng suất tăng từ không đến giới hạn đàn hồi E thì ta có biến

50

dạng đàn hồi, khi đạt giới hạn này thì ứng suất không tăng nhưng biến dạng vẫn tăng. Khi

dỡ tải, đường dỡ tải song song với đường đặt tải và biến dạng không hồi phục hoàn toàn,

đó là biến dạng dẻo. Ta thấy biến dạng dẻo phụ thuộc vào quá trình (lịch sử) đặt tải. Ứng

suất E còn được gọi là giới hạn dẻo. Vật liệu đất được xem là vật liệu đàn dẻo lý tưởng.

Hình 3.1: Mô hình đàn dẻo lý tưởng

- Hàm giới hạn chảy dẻo

Vấn đề đầu tiên cần nghiên cứu là đưa ra các điều kiện chảy dẻo cho trường hợp vật

liệu làm việc ở trạng thái ứng suất phức tạp. Các điều kiện chảy dẻo cũng phải được kiểm

tra bằng thí nghiệm. Đối với vật liệu đàn dẻo lý tưởng, điều kiện chảy dẻo được viết dưới

dạng sau:

f ( ij) - k = 0 (1)

trong đó: f (ij) biểu thị trạng thái ứng suất tại một điểm trong vật thể;

k là thông số vật liệu.

Hiện nay, trong tính toán thường dùng các điều kiện chảy dẻo sau: điều kiện chảy

dẻo Tresca, điều kiện chảy dẻo Von Mises, điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb, điều kiện

chảy dẻo Drucker- Prager. Điều kiện chảy dẻo Mohr-Coulomb sẽ được dùng trong luận

án này nên được giới thiệu ở đây.

- Vòng tròn Mohr

Khi biết trạng thái ứng suất tại một điểm thì sử dụng vòng tròn Mohr ta có thể biết

được trạng thái ứng suất trên các bề mặt khác nhau qua điểm đó. Như vậy, để vẽ vòng

tròn Mohr, trước hết ta vẽ hệ trục tọa độ vuông góc (σ,O,τ) với trục hoành là ứng suất

51

pháp σ và trục tung là ứng suất tiếp τ. Biết trạng thái ứng suất của một điểm ta có thể xác

định được ứng suất chính lớn nhất σ1 và ứng suất chính nhỏ nhất σ2. Vẽ vòng tròn Mohr

qua hai điểm trên trục hoành có hoành độ σ1và σ2, tâm C trên trục hoành có hoành độ

bằng (σ1+ σ2)/2, bán kính bằng (σ1- σ2)/2.

Hình 3.2: Vòng tròn Mohr

Các thành phần ứng suất trên mặt phẳng bất kỳ nghiêng một góc bằng σ so với

phương ứng suất chính nhỏ nhất σ2 được xác định bởi điểm A trên vòng Mohr có: ứng

suất pháp σ là hoành độ điểm A; ứng suất tiếp σ là tung độ điểm A. Các giá trị này được

xác định như sau: Điểm B trên vòng tròn Mohr đối xứng với điểm A qua tâm C xác định

các thành phần ứng suất trên mặt vuông góc với mặt đang xét.

(2)

3.2. Sơ lƣợc về sự ổn định của mái dốc

Mái dốc là một khối đất có một mặt giới hạn là mặt dốc. Mái dốc được hình thành

do nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo. Tất cả mái

dốc đều có xu hướng giảm độ dốc đến một dạng ổn định hơn – cuối cùng chuyển sang

nằm ngang và trong bối cảnh này, mất ổn định được quan niệm là khi có xu hướng di

chuyển và phá hoại – khi khối đất đá thực sự di chuyển. Các lực gây mất ổn định liên

quan chủ yếu với trọng lực và thấm trong khi sức chống phá hoại cơ bản là do hình thành

52

mái dốc kết hợp với bản thân độ bền kháng cắt của đất đá tạo nên.

Sự di chuyển của khối đất đá có thể xảy ra do phá hoại cắt dọc theo một mặt ở bên

trong khối hay do ứng suất hiệu quả giữa các hạt giảm tạo nên sự hoá lỏng một phần hay

toàn bộ. Người ta đã quan sát có nhiều dạng di chuyển (phá hoại) khác nhau; để thuận

tiện, ở đây ta chỉ xem xét ba dạng di chuyển sau:

Sụt lở: Đất đá di chuyển rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn, các thớ nứt, khe nứt, mặt

phẳng phân lớp dốc, mặt đứt gãy,... và điều kiện phá hoại có thể được hỗ trợ hay thúc đẩy

do tác động của áp lực nước hay áp lực băng (hình 3.1) ở trong các giai đoạn đó.

Hình 3.3: Các dạng trượt lở thường gặp trong tự nhiên

Trượt: ở dạng di chuyển này, khối đất đá cơ bản không bị xáo động trong khi trượt

dọc theo một mặt xác định. Về kết cấu, rõ ràng có 2 dạng trượt sau:

a) Trượt tịnh tiến: Dạng trượt này là sự di chuyển tuyến tính của khối đá dọc theo

mặt phẳng phân lớp hoặc sự di chuyển của lớp đất nằm gần mặt đất dốc. Sự di chuyên

như thế thường khá nông và song song với mặt đất.

b) Trượt xoay: xảy ra đặc trưng trong đất dính hay đá mềm yếu đồng nhất; sự di

chuyển diễn ra dọc theo mặt cắt cong bằng cách làm khối trượt tuột xuống ở gần đỉnh mái

dốc và đẩy trồi ở gần chân dốc.

Trượt dòng: ở đây bản thân khối trượt cũng bị xáo động và di chuyển một phần

53

hay toàn bộ như một chất lỏng. Trượt dòng thường xảy ra trong đất yếu bão hoà nước khi

áp lực nước lỗ rỗng tăng đủ để làm mất toàn bộ độ bền chống cắt. Mặt trượt thực hầu như

không có hay chỉ biểu hiện từng lúc.

Sự thay đổi các điều kiện như mưa, thoát nước, chất tải hay sự ổn định bề mặt

(chẳng hạn bóc bỏ lớp phủ thực vật), thường thúc đẩy sự phá hoại mái dốc. Các biến đổi

đó có thể xảy ra ngay sau khi xây dựng hoặc phát triển chậm chạp trong nhiều năm hoặc

xảy ra đột ngột ở thời điểm bất kì. Trong việc phân tính các mái dốc đào cũng như mái

dốc đắp, cần thiết xem xét cả điểu kiện ổn định tức thời và lâu dài; cũng cần thiết xem xét

phá hoại có thể có theo mặt trượt mới tạo ra hay theo mặt trượt đã tồn tại trước, bởi vì

trong một số đất, có sự khác nhau đáng kể giữa độ bền kháng cắt đỉnh và độ bền kháng

cắt dư.

Một số mái dốc có thể tồn tại hàng năm ở trạng thái bắt đầu phá hoại - ở bên bờ

của sự di chuyển hơn nữa. Đó là dấu hiệu đặc thù cho mái dốc tự nhiên và mái dốc đất

thải; cần ghi nhớ là nhiều sườn đổi bị giảm yếu một cách tự nhiên do phong hóa cũng có

thể tiến gần đến trạng thái phá hoại. Trong hoàn cảnh này, sự can thiệp của con người

như bóc bỏ lớp phủ thực vật hay đào vào chân mái dốc có thể lại thúc đẩy mái dốc di

chuyển.

Về cơ sở lý luận mà nói thì bài toán ổn định của mái dốc thuộc cùng một loại với

các bài toán sức chịu tải của nền đất và áp lực đất lên tường chắn. Vì vậy, để xét sự ổn

định của các mái đất, người ta cũng dùng những phương pháp tương tự như các phương

pháp tương tự để giải quyết hai bài toán nói trên. Các phương pháp này bao gồm hai loại:

nhóm phương pháp dựa trên việc giả định trước hình dạng mặt trượt; nhóm phương pháp

dựa trên lý luận cân bằng giới hạn điểm. Đặc điểm của các phương pháp thuộc loại thứ

nhất là xuất phát từ các kết quả quan trắc lâu dài các mái đất thực tế mà đưa ra một số giả

thiết đơn giản hóa về hình dạng mặt trượt và từ đó nêu lên phương pháp tính toán gần

đúng. Thuộc loại này có các phương pháp giả thiết mặt trượt dạng gãy khúc, mặt trượt

dạng đường xoắn logarit và mặt trượt dạng trụ tròn.

Phương pháp mặt trượt có dạng gẫy khúc chỉ thích hợp cho một số trường hợp

nhất định, ví dụ khi đã biết phương của mặt yếu trong khối đất, hoặc đã biết phương đá

gốc trên đó mặt đất tựa vào. Phương pháp này cũng còn dược dùng trong trường hợp mái

54

đất rời không đồng nhất.

Phương pháp mặt trượt có dạng đường xoắn logarit, mặc dù giả thiết một mặt phá

hoại gần vối thực tế hơn, nhưng cũng chỉ dùng được trong một số trường hợp đơn giản,

khi mái đất đồng nhất.

Theo kết quả quan trắc thực tế của nhiều nhà khoa học, mặt trượt của mái dốc của

loại đất dính đồng nhất, có dạng cong gần như mặt trụ tròn. Tại đỉnh mái, phương của

mặt trượt gần như thẳng đứng, sau đó càng xuống phía dưới thì càng thoải dần và tại chân

mái thì tiếp xúc với mặt nằm ngang. Từ nhận xét đó, người ta đã nêu ra giả thiết một mặt

trượt có dạng mặt trụ tròn để tính toán. Bằng cách chia khối trượt giả định ra thành nhiều

phân tố bằng những mặt phẳng thẳng đứng song song, rất tiện lợi trong việc xác định hệ

lực tương tác. Vì vậy, phương pháp mặt trượt trụ tròn dùng để giải quyết nhiều trường

hợp phức tạp của mái dốc và được áp dụng rộng rãi trong thực tế tính toán hiện nay.

Nhược điểm chủ yếu của các phương pháp loại thứ nhất là ở chỗ quan niệm khối

đất bị phá hoại như một có thể (khối vật rắn) được giới hạn bởi mặt trượt và mặt mái dốc;

xem trạng thái ứng suất giới hạn xuất hiện đồng đều trên suốt bề mặt trượt.

a) b)

Hình 3.4: Phân bố ứng suất tiếp đạt ứng suất giới hạn trên mặt trượt.

a/ Trạng thái ứng suất giới hạn xuất hiện ở chân cung trượt

b/ Trạng thái ứng suất giới hạn phân bố đều trên suốt cung trượt

Trái với các phương pháp thuộc loại thứ nhất, các phương pháp thuộc loại thứ hai

dựa trên quan điểm cho rằng khi mái đất bị mất ổn định thì trạng thái cân bằng giới hạn

không chỉ xảy ra trên mặt trượt mà cả ở trong toàn bộ khối đất bị trượt. Các phương pháp

55

này dựa trên cơ sở lời giải chặt chẽ của bài toán cân bằng giới hạn của giáo sư V.V.

Sokolovsky và phản ảnh tương đối đúng đắn trạng thái ứng suất trong khối đất bị phá

hoại. Tuy nhiên, vì việc giải quyết vấn đề ổn định của mái đất theo phương pháp này

chưa được áp dụng rộng rãi, người ta chỉ dùng nó để tính toán trong một số trường hợp

đơn giản mà thôi.

Việc tính toán ổn định mái dốc là một nhiệm vụ cần thiết để xác định hình dạng,

kích thước của mái đất một cách hợp lý nhất. Khi vận dụng các phương pháp tính toán để

phân tích ổn định của mái đất cần phải xét đến tình hình làm việc của khối đất nền, vì các

yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của mái đất không chỉ bao gồm hình dạng mái cũng như

cường độ và tải trọng bên ngoài tác dụng lên nó, mà còn cả tình hình biến dạng của nền

đất nữa.

3.2.1. Các dạng mặt trƣợt trong tính toán ổn định mái dốc

Theo tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054-2005 [7], nền đường phải đảm bảo

ổn định, duy trì được các kích thước hình học, có đủ cường độ để chịu được các tác động

của tải trọng xe và các yếu tố thiên nhiên trong suốt thời gian sử dụng. Do đó, với nền

đường đắp phải đảm bảo không bị các hiện tượng như: trượt lở mái taluy, trượt phần đắp

trên sườn dốc, trượt trồi, lún sụt nền đắp trên đất yếu…(hình 3.5).

Hình 3.5. Các hiện tượng mất ổn định nền đường đắp

a. Trượt mái dốc nền đắp b. Trượt phần đắp trên sườn dốc

56

c. Lún sụt trên đất yếu d. Trượt trồi trên đất yếu

3.2.1.1. Các dạng mặt trƣợt trong tính toán ổn định nền đƣờng

a. Mặt trƣợt giả định

Theo kết quả quan trắc thực tế và kết quả thí nghiệm các trường hợp mái dốc đất

bị mất ổn định cho thấy nền đất bị đẩy trượt theo những mặt trượt nhất định. Phương

pháp dùng mặt trượt giả định không giải quyết vấn đề tìm hình dạng của mặt trượt mà

gán cho mái dốc các mặt trượt khả dĩ (theo kinh nghiệm) có thể xảy ra, để từ đó tìm ra hệ

số an toàn ổn định chống trượt. Trong tập hợp các mặt trượt khả dĩ đó, ta tìm được mặt

trượt bất lợi nhất tương ứng với hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất ( ) để đánh giá khả

năng ổn định của công trình.

Trong số các mặt trượt khả dĩ nhất có thể xảy ra khi công trình bị mất ổn định là

mặt trượt cung tròn và mặt trượt gãy khúc, trong đó mặt trượt gãy khúc có dạng bất kỳ và

có thể coi là dạng mặt trượt tổng quát. Tùy theo cấu trúc địa tầng của nền đất mà công

trình có thể xảy ra trượt theo một trong hai dạng mặt trượt trên. Việc xác định hệ số an

toàn ổn định cho mỗi mặt trượt được thực hiện theo hai cách sau:

■ Cách 1: Thử đúng dần vòng tròn ma sát để tìm ra hệ số

Phương pháp này chỉ được sử dụng trong trường hợp giả thiết mặt trượt là cung

tròn và chỉ thích hợp cho nền đất đồng nhất.

Hình 3.6 :Xác định hệ số an toàn bằng cách thử đúng dần vòng tròn ma sát

Trong các trường hợp nền đất không đồng nhất và tải trọng phân bố phức tạp, việc

57

sử dụng phương pháp này sẽ gặp khó khăn do việc xác định tổng lực ma sát và lực dính

trên mặt trượt sẽ phức tạp. Mặt khác theo phương pháp này, với mỗi mặt trượt giả định ta

phải thử dần để tìm ra hệ số an toàn ổn định.

■ Cách 2: Phân mảnh khối trƣợt

Đây là thủ thuật được sử dụng chủ yếu để xác định hệ số an toàn ổn định cho các

dạng mặt trượt khác nhau. Dưới đây sẽ trình bày chi tiết nguyên lý phân mảnh khối trượt

để tìm hệ số an toàn ổn định.

Nguyên lý phân mảnh khối trƣợt:

Hình 3.7: Phương pháp phân mảnh

Trong đó:

: bề rộng của mỗi phân mảnh;

: chiều cao của mảnh đất thứ i;

: dung trọng của đất.

Chuyển điểm đặt của xuống phía dưới theo phương thẳng đứng đến một điểm

nằm trên mặt trượt của mảnh, rồi phân nó ra hai thành phần: thành phần vuông góc

với mặt trượt và thành phần tiếp tuyến với mặt trượt. Từ hình 3.7 ta có:

và (3.1)

trong đó là góc tạo nên bởi đường thẳng đứng đi qua tâm cung trượt và đường

58

thẳng nối với điểm đặt lực .

Thành phần N, vuông góc với mặt trượt và gây ra lực ma sát lên mặt trượt này

chống lại hiện tượng trượt của mảnh đất, có chiều ngược với chiều trong lăng thể và có

giá trị bằng , trong đó là góc ma sát trong của đất.

Đối với thành phần mà nói, tùy theo vị trí của phân mảnh đất thứ i, nó có thể có

chiều cùng với chiều trượt của lăng thể hoặc ngược lại, do đó có thể là lực gây trượt hoặc

lực chống trượt.

Lực dính tác dụng trên thành phần mặt trượt của mảnh, có hướng luôn luôn

ngược lại với hướng trượt của lăng thể, do đó luôn luôn có tác dụng chống trượt.

Áp lực tác dụng lên hai mặt hông của mảnh đất đang xét chính là nội lực trong

lăng thể đất trượt. Do đó, khi mảnh đất có bề rộng L không lớn thì có thể xem hai áp lực

tác dụng lên hai mặt của mảnh bằng nhau và ngược chiều. Vì vậy áp lực này không gây

ảnh hưởng gì đến sự trượt của mảnh đất.

Sau khi đã xác định được các lực, ta lấy mômen của tất cả các lực chống trượt đối

với tâm và moment của tất cả các lực gây trượt cũng đối với tâm đó, sau đó tính hệ số

an toàn về ổn định trượt cho mái đất có mặt trượt giả định bán kính công thức sau:

(3.2)

trong đó:

: lực dính của đất (kN/m2);

: góc ma sát trong của đất (độ);

: số mảnh đất.

Từ biểu thức (3.2) có thể suy ra rằng:

 khi FS = 1 - mái đất ở trạng thái cân bằng giới hạn;

 khi FS < 1 - mái đất mất ổn định;

 khi FS > 1 - mái đất ổn định

Việc tính toán hệ số an toàn về ổn định trượt cho mái đất không đồng nhất căn bản

vẫn như khi tính toán cho truờng hợp mái đất đồng nhất. Chỉ cần chú ý rằng, ở đây là

tổng trọng lượng của các lớp đất nằm trong mảnh thứ j và : góc ma sát trong và lực

59

dính lớp đất chứa mặt trượt của phân mảnh này. Như vậy, trong trường hợp này, hệ số an

toàn về ổn định trượt

tương ứng với tâm quay và bán kính cung trượt của mái

đất tính theo công thức sau:

( 3.3)

trong đó:

: lực dính của đất tại mặt trượt thuộc mảnh thứ j;

: góc ma sát trong của đất tại mặt trượt thuộc mảnh thứ j;

: độ dài cung trượt trong phạm vi mảnh thứ j.

b. Mặt trƣợt cung tròn

Xuất phát từ kết quả quan trắc thực tế mặt trượt của các mái đất có dạng liên tục

gần như một cung tròn, từ đó đưa ra giả thiết mặt trượt có dạng cung tròn bán kính R để

tính toán tìm ra cung trượt nguy hiểm nhất tương ứng với hệ số an toàn ổn định .

Biểu thức tính toán ổn định theo giả thiết mặt trượt cung tròn đã được nhiều học giả nổi

tiếng thiết lập như: K.Terzaghi; A.V.Bishop; G.B.Janpu; A.A. Nichiprovich ..v.v... Hiện

nay, các phương pháp này đang được sử dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế của nhiều

nước trên thế giới.

60

Hình 3.8: Sơ đồ tính ổn định công trình theo giả thiết mặt trượt cung tròn

c. Mặt trƣợt gãy khúc

Việc xác định mặt trượt được dựa trên cấu trúc địa tầng của nền đất. Giả sử nền

đất có lớp đất yếu nằm giữa hai lớp đất tốt hoặc nằm trên tầng đá, mặt trượt khả dĩ có thể

xảy ra là mặt trượt gãy khúc theo bề mặt lớp đất yếu. Tính hệ số ổn định theo nguyên lý

phân mảnh khối trượt và dựa vào biểu thức:

(3.4)

Trong đó:

và - tổng hình chiếu theo phương ngang của lực chống trượt và lực gây trượt

- Trọng lượng của khối trượt I;

- lực dính đơn vị và góc ma sát trong của lớp đất ở đáy khối trượt thứ ;

- chiều rộng khối trượt I;

- góc giữa mặt trượt ở đáy khối trượt so với phương nằm ngang.

Hình 3.9: Sơ đồ tính ổn định công trình theo mặt trượt giả định gãy khúc

Đây là phương pháp được sử dụng dể tính toán cho trường hợp nền đất không

đồng nhất, có xen kẹp lớp đất yếu nằm giữa các lớp đất tốt trong phạm vi hình thành lăng

thể trượt. Mặt trượt gãy khúc được giả định theo cấu trúc địa tầng của nền đất.

Tính toán ổn định theo phương pháp mặt trượt gãy khúc đơn giản, quá trình xác

61

định mặt trượt nguy hiểm và hệ số nhanh chóng. Hệ số an toàn ổn định được

xác định theo nguyên lý phân mảnh khối trượt và bao hàm theo cả hai hướng là tương

quan giữa lực chống trượt, lực gây trượt và đặc trưng cường độ của nền đất.

d. Mặt trƣợt hỗn hợp

Trong tất cả các trường hợp tính ổn định trượt sâu theo phương pháp mặt trượt tam

giác thì đều có thể đồng thời kiểm tra thêm bằng phương pháp mặt trượt hỗn hợp. Khái

niệm hỗn hợp ở đây được lý giải theo nghĩa đen. Từ hình 3.10 ta thấy AB là đoạn thẳng,

BC là đoạn cong (không phải cung tròn), CD lại là đoạn thẳng.

Hình 3.10: Sơ đồ tính toán ổn định công trình theo mặt trượt hỗn hợp

Công thức tổng quát tính hệ số an toàn K có dạng:

(3.5)

Trong đó:

- ứng suất pháp trung bình tính toán của nền đất, được tính theo công thức:

(3.6)

- tổng các tải trọng thành phần thẳng đứng trong mặt phẳng tính toán;

- sức kháng tổng cộng của nước trong mặt phẳng tính toán hướng từ dưới lên trên

và vuông góc với mặt phẳng tính toán (ngược chiều với lực P);

- ứng suất tiếp giới hạn trong đoạn bị trượt (đoạn AB hình 3.10);

- góc nội ma sát;

62

- lực dính của đất;

- giá trị chiều rộng tính toán của đế móng mà trên đó tạo ra lăng thể trượt

xuống;

- chiều rộng tính toán của đế móng mà trên đó tạo ra mặt trượt nằm ngang;

- áp lực đất chủ động tương ứng từ phía trên của Beph;

- áp lực đất chủ động tương ứng từ phía dưới của Beph;

- lực ngang thành phần của tất cả các lực tác dụng tương ứng từ phía trên và

từ phía dưới của Beph, bao gồm cả áp lực đất.

e. Mặt trƣợt khả thực

Phương pháp này được áp dụng tính toán cho trường hợp nền đất có kẹp lớp đất

yếu nằm gần đáy công trình, phía dưới là lớp đất tốt. Trong trường hợp này, mặt trượt có

dạng là một đường liên tục và nằm gọn trong lớp đất yếu (hình 3.11).

Hình 3.11: Sơ đồ tính ổn định công trình theo mặt trượt khả thực

Biểu thức tính hệ số như sau:

63

(3.7)

(3.8)

Trong đó:

H - tổng lực ép lên thành thẳng đứng của khối đất với giả thiết đất không có ma sát

và lực dính ( );

T - phần lực ép của H bị tiêu hao bởi ma sát và lực dính khi khối đất trượt theo

đường trượt L;

E - phần lực ép ngang không bị tiêu hao;

G - trọng lượng của phân tố khối đất tính toán có kể đến lực đẩy nổi;

- góc nghiêng của tiếp tuyến mn (hình 3.11) so với phương ngang tại điểm của

cung trượt L với đường thẳng đứng đi qua trọng tâm của khối đất;

- góc chống trượt ứng với trọng lượng G.

So với các phương pháp trên, phương pháp tính theo mặt trượt khả thực ít được

ứng dụng hơn, trong các phần mềm phân tích ổn định mái dốc đất hiện nay chưa thấy sử

dụng phương pháp này. Điều này chứng tỏ phương pháp ít được sử dụng trong thực tế và

tính thực tiễn của phương pháp chưa cao.

3.2.2. Các phƣơng pháp tính toán ổn định mái dốc đƣờng

Đối với một mái đất nhất định, trị số hệ số an toàn về ổn định trượt thay đổi

theo vị trí của mặt trượt; mặt trượt (hoặc tâm cung trượt) ứng với trị số nhỏ nhất của hệ

số an toàn

tìm hệ số an toàn về ổn định nhỏ nhất, xem nó có đảm bảo yêu cầu gọi là mặt trượt nguy hiểm nhất. Vậy tính toán ổn định mái đất chính là hay không.

Tuy nhiên, để đảm bảo tính an toàn, tùy theo tầm quan trọng và tình hình chịu tải khác

nhau của mái đất, trị số của hệ số an toàn về ổn định , trong đó có thể

lấy từ 1,1 đến 1,5 tùy thuộc vào loại và cấp công trình.

Theo TCXD VN 285:2002 Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường, qui định về hệ số an

toàn cho phép [FS] như sau:

64

(3.9)

Trong đó:

n: hệ số tổ hợp, với :

n = 1,0: tổ hợp tải trọng cơ bản;

n = 0,90: tổ hợp tải trọng đặc biệt;

n = 0,95: tổ hợp tải trọng khi thi công, sửa chữa;

m: hệ số điều kiện làm việc; đối với mái đất lự lấy m=1,0;

- hệ số an toàn;

kn = 1,25: đối với công trình cấp I;

kn = 1,20: đối với công trình cấp II;

kn = 1,15: đối với công trình cấp III, IV, V;

3.2.2.1. Đánh giá mức độ ổn định theo phƣơng pháp mặt trƣợt tròn của Fellenius

Để xác định trị số hệ số ổn định về trượt, ta chỉ cần giả thiết một mặt trượt bất kỳ,

rồi dùng công thức (3.2.2.1) để tính ra. Vì các mặt trượt giả định như thế có thể vẽ nhiều

vô số nên cũng sẽ có vô số các trị số FS tương ứng, trong đó chỉ có một trị số là nhỏ nhất

và ứng với mặt trượt nguy hiểm nhất mà thôi. Việc xác định cung trượt nguy hiểm nhất

bằng phương pháp đó là một việc làm tốn rất nhiều thời gian. Vì vậy, nhiều nhà khoa học

đã nghiên cứu tìm cách đơn giản vấn đề nhằm giảm nhẹ công việc tính toán. Giáo sư W.

Fellenius đã tìm cách xác định nhanh chóng tâm cung trượt nguy hiểm nhất của mặt trượt

qua chân mái dốc, trình bày sau đây:

Hệ số ổn định K:

(3.10)

: Moment của các lực gây trựợt quanh tâm cung trượt tròn.

Các lực gây trượt tác dụng lên mặt trượt trụ tròn thường được tìm theo cách phân mảnh lăng

trụ trượt.

Lực làm trượt :

Lực chống trượt:

: Góc giữa đường thẳng và bán kính đi qua điểm giữa của đoạn cung trượt tròn tương ứng

với mảnh đất thứ i.

: Chiều dài đoạn cung trượt tròn đó.

65

: Moment của các lực chống trượt quanh tâmcung trượt tròn.

: Góc ma sát trong và lực dính của đất trong phạm vi đoạn cung trượt

.

Hệ số an toàn về ổn định:

(…) (3.11)

Hình 3.12: Cách tìm cung trượt nguy hiểm theo Giáo sư W. Fellenius

Đối với đất dính có tính dẻo cao thì mặt trượt nguy hiểm nhất là mặt trượt

đi qua chân mái, có tâm là giao điểm của hai đường thẳng OA và OB (hình 3.12) đường

OA hợp với mặt dốc một góc , đường OB hợp với mặt đỉnh mái một góc . Các góc

. và cho ở bảng 3.1 dưới đây. Hệ thống các tâm trượt sẽ thay đổi theo góc mái

nằm trên đường thẳng OE như hình vẽ, cho phép nhanh chóng tìm được tâm trượt có

cung trượt nguy hiểm nhất.

Bảng 3.1: Bảng trị số của và

66

Độ dốc mái Góc mái

Phương pháp trên đây chỉ dùng để tính toán trong trường hợp đơn giản của mái đất

khi mặt trượt đi qua chân mái. Trong các trường hợp phức tạp hơn, khi mái đất không

đồng nhất, để tính toán một cách chính xác sức chống trượt phân bố dọc theo mặt trượt,

người ta dùng một phương pháp khác gọi là phương pháp phân mảnh. Lý thuyết phân

mảnh được phát triển bởi các tác giả như: Fellenius (1936), Janbu(1950), Bishop (1955),

Morgenstern và Price (1965), Spencer (1967). Các lý thuyết của các tác giả nói trên có sự

khác nhau khi xét đến lực tương tác giữa các phân mảnh và phương trình tương quan cân

bằng moment kết hợp với phương trình tương quan cân bằng lực theo phương ngang.

3.2.2.2. Phƣơng pháp của Bishop

Lý thuyết ban đầu do Fellenius xây dựng không xét đến lực tương tác giữa các

phân mảnh và chỉ xét đến tương quan cân bằng moment khi xác định hệ số ổn định như

phân tích ở trên. Đến năm 1955, Bishop đề xuất việc tính toán hệ số ổn định chống trượt

được tính thử dần từ hệ phương trình cân bằng moment và lực đứng của các lát cắt. Việc

phân tích lực tác dụng lên mảnh phân tố có phức tạp hơn vì có xét đến tác dụng qua lại

giữa các mảnh và quan tâm đến áp lực nước lỗ rỗng.

Trong phương pháp này, các tác giả cũng giả thiết mặt trượt có hình dạng trụ tròn,

khối đất trượt là một cố thể và trạng thái ứng suất giới hạn xảy ra trên mặt trượt. Nó có

thể dùng để giải quyết vấn đề ổn định của mái đất có tình hình địa chất phức tạp.

Hình 3.13: Phương pháp cung trượt tròn của Bishop.

Đối với phương pháp này, để tính hệ số an toàn về ổn định trượt, ta cũng giả thiết

67

trước mặt trượt, sau đó dùng các mặt phẳng thẳng đứng song song chia lăng thể trượt ra

thành nhiều phân mảnh có bề rộng b bằng nhau (bề rộng b của phân mảnh nên lấy bằng

bán kính cung trượt).

Lực gây trượt:

Lực chống trượt:

Áp lực nước lỗ rỗng:

Hệ số an toàn chống trượt:

(…) (3.12)

Bảng 3.2: Phương trình cân bằng khi xét ổn định theo các tác giả.

Xét tương Xét tương

Tác giả quan cân bằng quan cân

moment bằng lực

Phương pháp cổ điển của Fellenius Có Không

Phương pháp đơn giản của Bishop Có Không

Phương pháp đơn giản của Janbu Không Có

Phương pháp của Spencer Có Có

Phương pháp của Morgenstern- Có Có

Price

Bảng 3.3: Lực tương tác giữa các phân mảnh theo các tác giả khác nhau

Áp lực pháp Kháng cắt Mối quan hệ giữa các thành Tác giả tuyến giữa các giữa các phần lực E-X mảnh (E) mảnh (X)

Fellenius Không Không Không

Bishop Có Không Tác động phương ngang

Janbu Có Không Tác động phương ngang

Spencer Có Các thành phần lực không đổi Có

68

Morgenstern Có Các thành phần lực không đổi Có -Price

3.2.2.3. Phƣơng pháp cân bằng bền “Fp ” của giáo sƣ N.N.Maslov

Xét điều kiện cân bằng của một phân tố đất trên mặt nghiêng, giáo sư N.N.Maslov

đã đưa ra biểu thức để xác định mái dốc của sườn dốc cân bằng ổn định:

(3.13)

Trong đó:

: Hệ số sức chông cắt của đất.

: Góc dốc của mái dốc hoặc sườn dốc của lớp đất có góc ma sát và lực dính c.

K: Hệ số an toàn ổn định vào khoảng 1,1-1,2; thường chọn K = l,l.

q: Áp lực thẳng đứng tính từ điểm tính toán đến đỉnh mái dốc, chính là áp lực cột

đất

Trong trường hợp từ điểm tính toán đến đỉnh mái dốc có nhiều lớp đất thì

, trong đó là tải trọng trong mỗi lớp đất.

Phương pháp “Fp” chỉ xét ổn định của mái dốc từ mặt nền trở lên, còn nền được

xem như đã ổn định.

Ví dụ: sơ đồ tính toán như hình:

Hình 3.14: Góc dốc của mái dốc theo GS Maslov

3.3. Phân tích tính toán ổn định nền đƣờng có sử dụng vật liệu địa kỹ thuật

Khi thiết kế mái đất cho các công trình, thì sựổn định của mái dốc được quan tâm

hàng đầu. Mái đất càng xoải, hay nói cách khác góc mái dốc nhỏ thì độ ổn định của mái

69

càng đảm bảo.

Nhưng có trường hợp do điều kiện địa hình mà không cho phép thiết kế mái đất

xoải mà chỉ cóthể thiết kế mái dốc đứng. Hoặc để tận dụng khoảng diện tích trên đỉnh mái cũng phải thiết kế mái dốc đứng. Mái dốc đứng là các mái dốc có góc dốc 450 ≤ β ≤ 900. Nếu mái dốc đứng có kèm theo tải trọng tác dụng lên mái, trên đỉnh mái thì càng dễ

mất ổn định. Vì vậy để đảm bảo sự an toàn cần thiết cho mái, một trong những giải pháp

được áp dụng là dùng cốt địa kỹ thuật để làm hệ thống cốt trong đất nhằm tăng góc mái

dốc hoặc tăng ổn định mái chịu tải trọng. Ở nước ta, một số đơn vị tư vấn có sử dụng hai

phương pháp thường dùng để thiết kế mái đất có cốt địa kỹ thuật. Đó là phương pháp

dùng biểu đồ của Schmertman và nnk với sự chỉ dẫn của FHWA (Federal Highway

Administration USA) và phương pháp dùng mặt trượt khả dĩ của Culmann. Những

phương pháp này thường hạn chế các điều kiện biên khi tính toán, bởi vì nếu chỉ có mái

dốc đơn thuần thì việc tính toán là khá dễ dàng. Nhưng khi mái dốc có bố trí thêm thiết bị

tiêu nước, hay vật liệu thoát nước tốt ở mặt mái dốc thì việc tính toán bằng tay thường bỏ

qua sự làm việc của các vật liệu này.

Sự phá hỏng khối đất nói chung và khối đất có cốt nói riêng đều có cơ chế trượt

của khối trượt theo mặt trượt (còn gọi là mặt phá hoại). Mặt trượt khả dĩ hay còn gọi là

mặt phá hoại của khối đất có cốt xảy ra khi hệ thống cốt neo bị tụt hoặc khi hệ thống cốt

neo bị đứt. Dù do tụt neo hay do đứt neo thì sự phá hoại khối đất vẫn theo cơ chế trượt

khối đất trên mặt phá hoại có dạng cong Logarit. Khối đất có đặt cốt nằm ngang bằng vải

địa kỹ thuật hay lưới địa kỹ thuật có thể coi như một chỉnh thể. Do vậy khi phân tích có

thể coi khối đất trượt ứng xử như một chỉnh thể. Vấn đề đặt ra ở đây là xác định lực neo

cần thiết để neo giữ khối đất ở trạng thái cân bằng giới hạn trên mặt trượt.

Hình 3.15: Sơ đồ mặt trượt khả dĩ.

70

3.4. Tính toán nền có cốt gia cố bằng vải địa kỹ thuật

Tính toán thiết kể phải tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005

hoặc tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô cao tốc TCVN 5729-2012; quy trình thiết kế “Khảo

sát thiết kế nền đường qua vùng đất yếu” hiện hành. Ngoài ra khi dùng vải với chức năng

gia cường phải tính toán thêm các vấn đề sau:

3.4.1. Tính toán ổn định công trình

3.4.1.1. Tính toán ổn định trƣợt sâu với hệ số ổn định trƣợt đƣợc quy định:

theo phương pháp phân mảnh cổ điển

(3.14)

N phải được giới hạn bởi các điều kiện sau:

Trong đó là cường độ chịu kéo đứt lớn nhất của vải lúc đem dùng.

Hình 3.16: Mặt phá hoại của khối đất đắp

- là hệ số lấy bằng 2,0 nếu dùng vải polyester và lấy bằng 5,0 nếu vải bằng

polypropylen hoặc polyetđen

(3.15)

Hai điều kiện trên là để đảm bảo lực kéo có hiệu (cho phép) của vải phải nhỏ hơn

lực ma sát sinh ra giữa mặt trên của vải với đất đắp cả ở vùng hoạt động (1) và vùng bị

71

động (2).

Trong đó f’ là hệ số ma sát tính toán (đã xét đến hệ số an toàn bằng 1,5) giữa đất

đắp và vải:

Với : là góc nội ma sát của đất đắp

: dung trọng của đất đắp ( )

: chiều cao đất đắp trên vải (thay đổi theo dạng taluy, trong phạm vi bề rộng

đỉnh nền đường chiều cao nền đắp)

3.4.1.2. Kiểm toán điều kiện ổn định trƣợt đất đắp trên vải địa kỹ thuật

Theo công thức sau:

Trong đó:

: lực đẩy, tính theo công thức

Với : dung trọng của đất đắp ( )

: chiều cao nền đắp (m)

: hệ số áp lực chủ động Rankine;

: góc nội ma sát của đất đắp

F: lực ma sát giữa đất đắp và mặt vải địa kỹ thuật (lực giữ). Bỏ qua lực dính giữa

đất đắp và vải thì:

(3.16)

Trong đó: F được xác định như ở công thức

G: trọng lượng khối đất đắp trong phạm vi mái dốc rộng L

Việc khống chế tốc độ đất đắp nền trên đất yếu có vải địa kỹ thuật tăng cường

được thực hiên như sau:

Phải bố trí mốc quan trắc lún và mốc quan trắc biến dạng ngang, tối thiểu mỗi

công trình phải bố trín 3 trắc ngang quan trắc lún và 10m dài 1 mốc quan trắc biến dạng

ngang.

72

Nếu: lún 1 cm/ngày ; chuyển vị ngang 5mm/ ngày thì tiếp tục đắp.

Nếu lún hoặc chuyển vị ngang quá tiêu chuẩn trên thì cần tạm ngừng đắp để theo

dõi; nếu thấy biến dạng không tiếp tục tăng nữa thì cho đắp tiếp.

3.4.2. Tính toán lựa chọn vải

3.4.2.1. Chọn loại vải: Số lớp vải theo mục đích gia cường phải dựa trên cơ sở tính toán

ở mục 4.1

3.4.2.2. Chiều rộng trải vải địa kỹ thuật khi thiết kế phải lớn hơn chiều rộng của nền

đường ít nhất là 1m để cuốn phủ lên lớp thứ nhất của lớp cát thoát nước ngang (thay thế

tầng lọc ngược hai bên nền đường).

3.4.3. Tính toán nền có cốt gia cố bằng lƣới địa kỹ thuật

Năm 1994, Ochiai và cộng sự đề xuất phương pháp mới trong tính toán sức chịu

tải của nền được gia cố bằng lớp đệm lưới địa kỹ thuật. Theo cách tiếp cận này, cường độ

của tải trọng phân bố p trên diện chịu tải B, tác dụng lên lớp lưới địa kỹ thuật và tải trọng

được lan truyền trong đất nền, đồng thời xuất hiện ứng suất kháng và diện tích .

Sức chịu tải cực hạn của nền khi không sử dụng lớp lưới địa kỹ thuật được

Terzaghi phát biểu như sau:

(3.17)

Trong đó:

: là lực dính của đất

: là dung trọng của đất nền

: hệ số cường độ chịu tải.

Sức chịu tải cực hạn của nền khi sử dụng lớp lưới địa kỹ thuật được phát biểu

như sau:

(3.18)

Trong đó:

: chiều dầy của lớp đệm lưới địa kỹ thuật

: hệ số cường độ chịu tải của lớp đệm lưới địa kỹ thuật

Do đó, sự gia tăng của cường độ chịu tải do sự đặt thêm lớp đệm được mô tả:

73

(3.19)

3.5. Tính toán nền đất bằng phƣơng pháp cọc xi măng đất

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, thị trường xây dưng ở Việt

Nam từ bao giờ đã trở nên nóng bỏng với hàng loạt các công trình cầu đường. Theo đó

các công nghệ mới đã được nghiên cứu và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên

thế giới. Đó chính là công nghệ Cọc Xi Măng - Đất. So với các công nghệ gia cố nền

đường khác, công nghệ móng cọc vữa xi măng đất tỏ ra có hiệu quả kinh tế hơn nhiều bởi

nó có thể tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ ngay dưới chân công trình. Đặt biệt nó

chính là một giải pháp vô cùng hợp lý cho các nền đất yếu mà trong đó vùng Đồng Bằng

Nam Bộ của nước ta chính là một điển hình.

3.5.1. Tính toán và kiểm tra cƣờng độ cho Cọc Xi Măng – Đất

Việc tính toán và kiểm tra sẽ được tiến hành cho 2 điều kiện sau :

(3.20)

- Trình tự tính toán: Chọn trước chiều dài cọc, đường kính cọc và cả số lượng cọc

bố trí nx, ny . . Xác định hệ số tập trung ứng suất :

Lb, Bb : Kích thước (theo phương X,Y) của bản đáy quy ước nằm trên đầu cọc L,

B: Kích thước (X,Y) của phần diện tích bản đáy truyền xuống khối cọc. Af = L.B: Diện

tích bản đáy truyền xuống khối móng cọc. Ab = Lb x Bb : Diện tích của bản đáy quy ước

nằm trên đầu cọc.

Là hệ số kể đến sự tăng lên của Môđun Biến dạng theo hướng thẳng đứng được

sinh ra bởi sự hạn chế của mặt phẳng bên thân cọc.

Với H1 là chiều dày của lớp đất thứ nhất bao quanh cọc. Bp : Bề rộng theo hướng

lân cận ngắn hơn của phần tử cọc mở rộng E1, E2, Ep: Môdun biến dạng trung bình của

lớp đất 1 và lớp 2 (Xem như lớp đất 1 chính là toàn bộ các lớp đất mà cọc đi qua, còn lớp

đất 2 là lớp đất bên dưới mũi cọc), Môđun biến dạng của cọc Xi Măng - Đất được xác

74

định theo thí nghiệm.

3.5.2. Tính toán và kiểm tra Cọc Xi Măng – Đất theo điều kiện biến dạng:

- Theo phương pháp của Giáo sư Brom:

Với bản chất cũng là một dạng của gia cố nền nên việc phân tích , tính toán độ lún

ở đây về cơ bản có thể dựa trên nguyên tắc tính toán lún của cọc gia cố nền mà phương

pháp tính toán thông dụng nhất hiện nay chính là phương pháp tính lún do giáo sư Broms

đề xuất. Độ lún của khối móng cọc được tính theo công thức sau: S = S1 + S2, S1 là độ

lún bản thân của khối cọc gia cố (Xét đến biến dạng của cọc).

Hình 3.17 Sơ đồ tính toán cọc xi măng đất

(3.21)

q : Tải trọng phân bố của công trình ( KN/m2 ) .

ΔHi : Chiều sâu của lớp đất thứ i mà khối cọc đi qua (m).

a = : Tỉ số giữa tổng diện tích cọc gia cố với diện tích khối gia cố .

n : Tổng số cọc ; Ap là diện tích tiết diện cọc

B, L là kích thước khối gia cố.

Ep, Es : Môđun biến dạng của vật liệu cọc và của đất nền mà cọc đi qua

S2 là độ lún của khối đất bên dưới mũi cọc được tính toán theo nguyên lý cộng lún

từng lớp như độ lún tiêu chuẩn với độ dốc ở đây là 2:1. Và điều đó có nghĩa là diện tích

khối móng quy ước tăng lên làm tải trọng truyền xưống sẽ giảm đi. Trên thực tế độ lún

của móng bè cọc tính theo phương pháp này là rất lớn. Đó là do ta đã bỏ qua sự làm việc

của Bản đáy. Khi bản đáy có tham gia vào thì việc tính lún cho các khối cọc gia cố một

75

cách độc lập sẽ không còn phù hợp nữa bởi vì lúc này lực từ chân cột truyền xuống sẽ

không chỉ do mình khối cọc ở ngay dưới nó nhận hoàn toàn mà nó đã có sự phân phối lại

tải trọng.

3.6. Tính toán lựa chọn phƣơng án

Phần trên đã trình bày những phương án thi công mới từ vải địa kỹ thuật và cọc xi

măng đất. Tuy nhiên, phương pháp vải địa kỹ thuật thi công cho đường khá thuận tiện và

dễ dàng hơn trong công tác thi công, thời gian tiến độ. Nên trong nghiên cứu này sẽ tính

toán dựa trên 2 phương pháp và so sánh sự khả thi cụ thể ở chương tiếp theo.

Phần tính toán vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật ...)

đã được phát triển từ lâu. Các thông số tính toán đủ để cho các kỹ sư thiết kế tính toán

được độ ổn định và độ biến dạng của nền gia cường bằng vật liệu địa kỹ thuật. Trong

trường hợp này, việc đánh giá nền được xử lý bằng các phương pháp khác nhau để đánh

giá khả năng chịu tải của nền, ổn định tổng thể của nền và độ lún của nền sau khi được

76

gia cố.

CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN CHO CÔNG TRÌNH

ĐƢỜNG GIAO THÔNG “ĐƢỜNG CẶP KÊNH BẢY THƢỚC”

(ĐƢỜNG TỈNH ĐT.837B)

4.1. Đánh giá thực trạng hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đƣờng bộ huyện Tân

Thạnh, tỉnh Long An

Hình 4.1. Bản đồ huyện Tân Thạnh

- Trên tòan huyện còn 4 tuyến đường với chiều dài khỏang 40 km đường nối từ

Quốc lộ, Tỉnh lộ đến trung tâm 4 xã chưa được nhựa hóa (hiện nay là kết cấu mặt đường

đá 0x4 và cấp phối sỏi đỏ). Bên cạnh đó, huyện Tân Thạnh phấn đấu xây dựng thị trấn

Tân Thạnh thành đô thị lọai IV đến năm 2020, vì vậy cần đầu tư mới một số tuyến đường

trên địa bàn thị trấn để hòan chỉnh tiêu chí về hạ tầng kỹ thuật.

- Hiện nay, các công trình giao thông được đầu tư đưa vào sử dụng mau bị hư

hỏng, biểu hiện qua các hiện tượng: Đối với đường nhựa thì bị răn nức, xô dồn mặt

đường sau đó bị vở ra tạo thành các lổ hỏng. Đối với đường đan bê tông xảy ra hiện

tượng đan bị nứt kéo dài và bể thành từng mảng. Đối với đường cấp phối, mặt đường bị

hỏng theo các đường mòn vệt xe, về lâu dài tạo thành các ổ gà, ổ voi. Tất cả các hiện

tượng này gây mất an tòan giao thông và tốn kinh phí thực hiện công tác duy tu sửa chữa

77

thường xuyên hàng năm.

Dƣới đây là một số hình ảnh hiện trạng hƣ hỏng của các tuyến đƣờng trên địa

bàn Huyện Tân Thạnh

Hình 4.2 Hình ảnh hiện trạng hư hỏng của đường đường nhựa trên địa bàn huyện

78

Hình 4.3 Hình ảnh hiện trạng hư hỏng của đường đường đan trên địa bàn huyện

Hình 4.4 Hình ảnh hiện trạng hư hỏng của đường đường cấp phối đá dăm 4.2. Hiện trạng tuyến đƣờng cặp kênh Bảy Thƣớc (đƣờng tỉnh ĐT.837B)

Tất cả các tuyến đường chính trên địa bàn huyện (Quốc lộ, Tỉnh lộ, đường Huyện,

đường liên xã, đường trục ấp). Trong đó, chọn một tuyến đường cặp kênh Bảy Thước

(Đường tỉnh ĐT.837B) để nghiên cứu phân tích, xử lý nền đường.

Hình 4.5: Bản đồ đường tỉnh 837B

Địa chỉ: Điểm đầu là Quốc lộ 62 điểm cuối là kênh 63 đi qua 06 xã: Kiến Bình,

Nhơn Hòa, Tân Lập, Nhơn Hòa Lập, Bắc Hòa, Hậu Thạnh Tây. Quy mô: đường cấp VI

có tổng chiều dài 27km, nền đường rộng 6m, mặt rộng 3,5m, mặt đường cấp phối sỏi đỏ.

Dự kiến nâng cấp tuyến đường này với quy mô đường cấp IV đồng bằng: Nền đường

79

rộng 9m, mặt đường rộng 7m, kết cấu nhựa.

Hình 4.6: Hiện trạng đường tỉnh 837B

4.2.1. MẶT CẮT NGANG HIỆN TRẠNG TUYẾN ĐƢỜNG TỈNH 837B

Hình 4.7. Mặt cắt hiện trạng đường tỉnh 837B

4.2.2. MẶT CẮT NGANG ĐƢỜNG DỰ KIẾN TUYẾN ĐƢỜNG TỈNH 837B

4.2.2.1. PHƢƠNG ÁN 1

Sử dụng vải địa kỹ thuật tổng hợp trãi trên nền đất đắp mới, khỏang cách mỗi lớp

80

0,5m.

4.2.2.2. PHƢƠNG ÁN 2

Sử dụng vải địa kỹ thuật tổng hợp trãi trên nền đất đắp mới, khoảng cách mỗi lớp

0,5m. Đào đất chân taluy, thay thế bằng lớp cát đệm.

4.2.2.3. PHƢƠNG ÁN 3

81

Sử dụng gia cố taluy và nền đất bằng cọc xi măng đất

Ghi chú: CT

1- Lớp bê tông nhựa mịn dầy 5 cm

2- Lớp bê tông nhựa thô dầy 7cm

3- Lớp cấp phối đá dăm dầy 25 cm

4- Cọc xi măng đất

5- Lớp đất đắp nền đường (mới) K.98

6- Lớp nền hiện trạng.

4.2.3. Dữ liệu thiết kế nâng cấp nền đƣờng ĐT.837B

4.2.3.1. Giả thiết nghiên cứu:

- Dựa trên tính chất cơ lý của đất có thể xem đất yếu là những loại đất có đặc điểm sau:

+ Khả năng chịu tải thấp: R = 0,5 đến 1 kg/cm2 + Biến dạng lớn: E0 ≤ 50 kg/cm2 + Góc nội ma sát nhỏ: + Cường độ lực dính nhỏ: C = 0,05 ÷ 0,1 kg/cm2

+ Khả năng chống cắt nhỏ

+ Độ thấm nước nhỏ

+ Hàm lượng nước cao, gần như bảo hòa

+ Hệ số rỗng lớn

+ Có lẫn hữu cơ.

- Khi chọn giải pháp xử lý cần phải phân tích đầy đủ theo các nhân tố sau:

+ Tính chất và tầm quan trọng của công trình

+ Thời gian tồn tại.

+ Tính chất và chiều dày của lớp đất yếu

+ Giá thành xây dựng.

- Giả thiết nghiên cứu giải pháp ứng dụng kết hợp sản phẩm địa kỹ thuật và cọc xi

măng đất trong xử lý nền đường trên nền đất yếu, cụ thể là tuyến đường cặp kênh Bảy

Thước (đường tỉnh ĐT.837B). Ứng dụng tính tóan độ ổn định nền đường có sử dụng vật

liệu địa kỹ thuật cho công trình đường giao thông, đường cặp kênh Bảy Thước (đường

tỉnh ĐT.837B).

*. Từ kết quả khảo sát địa chất công trình thuộc khu vực tuyến đường cặp kênh

Bảy Thước (ĐT.837B) có số liệu như sau:

82

Độ sâu mực nước ngầm tĩnh : -0,5m đến -1m.

Ở độ sâu khoảng 20m khu vực xây dựng công trình có cấu tạo địa chất gồm 5 lớp

đất như sau:

• Lớp 1: Sét, màu xám trắng đốm nâu đỏ - nâu vàng, trạng thái dẻo cứng

Đây là lớp đất đắp nền ở trên mặt. Phân bố từ mặt đất trở xuống đến 2,8m – 3m.

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm cơ lý cho các đặc trƣng lớp 1

Dung trọng tự nhiên

Độ sệt B = 0,49

Góc ma sát trong  = 090 56’

Lực dính C = 0,267 kg/cm2

Hệ số rỗng

Hệ số nén

Mô duyn tổng biến dạng

Sức chịu tải quy ước a1-2 = 0,046 kg/cm2 E1-2 = 18,8 kg/cm2 Rtc = 1,4 kg/cm2

Số búa SPT N/30 cm = 4-5 búa

• Lớp 2: Bùn sét, màu xám đen, trạng thái dẻo chảy

Đây là lớp nguyên thổ trên cùng tại khu vực khảo sát. Độ sâu phân bố 1,6m -

1,65m.

Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm cơ lý cho các đặc trƣng lớp 2

Dung trọng tự nhiên

Độ sệt B = 0,82

Góc ma sát trong  = 050 19’

Lực dính C = 0,048 kg/cm2

Hệ số rỗng

Hệ số nén

Mô duyn tổng biến dạng

Sức chịu tải quy ước a1-2 = 0,080 kg/cm2 E1-2 = 12,3 kg/cm2 Rtc = 0,4 kg/cm2

Số búa SPT N/30 cm = 1 búa

• Lớp 3: Sét, màu xám trắng đốm nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng

83

Nằm dưới lớp 2. Độ sâu phân bố 1,9m.

Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm cơ lý cho các đặc trƣng lớp 3

Dung trọng tự nhiên

Độ sệt B = 0,24

Góc ma sát trong  = 130 20’

Lực dính C = 0,291 kg/cm2

Hệ số rỗng

Hệ số nén

Mô duyn tổng biến dạng

Sức chịu tải quy ước a1-2 = 0,026 kg/cm2 E1-2 = 29,0 kg/cm2 Rtc = 1,74 kg/cm2

Số búa SPT N/30 cm = 9-10 búa

• Lớp 4: Sét pha, màu nâu hồng, nâu vàng, trạng thái dẻo mềm – dẻo cứng. Đôi

chổ có lẫn sạn sỏi thạch anh

Nằm dưới lớp 3. Độ sâu phân bố 4,1m – 4,2m.

Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm cơ lý cho các đặc trƣng lớp 4

Dung trọng tự nhiên

Độ sệt B = 0,62

Góc ma sát trong  = 12031’

Lực dính C = 0,139 kg/cm2

Hệ số rỗng

Hệ số nén

Mô duyn tổng biến dạng

Sức chịu tải quy ước a1-2 = 0,033 kg/cm2 E1-2 = 32,7 kg/cm2 Rtc = 1,1 kg/cm2

Số búa SPT N/30 cm = 6-8 búa

• Lớp 5: Sét, màu xám hồng, xám trắng, nâu đỏ, dẻo cứng – nửa cứng

84

Nằm dưới lớp 4. Độ sâu phân bố 9,3m – 9,5m.

Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm cơ lý cho các đặc trƣng lớp 5

Dung trọng tự nhiên

Độ sệt B = 0,17

Góc ma sát trong  = 13052’

Lực dính C = 0,330 kg/cm2

Hệ số rỗng

Hệ số nén

Mô duyn tổng biến dạng

Sức chịu tải quy ước a1-2 = 0,028 kg/cm2 E1-2 = 30,5 kg/cm2 Rtc = 2,0 kg/cm2

Số búa SPT N/30 cm = 9-22 búa

4.2.3.2. Các đặc trƣng cơ lý của đất:

Bảng 4.6: Các thông số địa chất đất yếu xã Bắc Hòa, huyện Tân Thạnh (nơi thực

hiện khoan địa chất)

Tên lớp đất Số Tên chỉ tiêu TT Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5

Số mẫu 1 2 2 2 4 10 TN

2 Tên đất Sét Bùn sét Sét Sét pha Sét

Sét pha, Sét, dẻo Sét, dẻo Bùn sét, Sét, dẻo Trạng 3 dẻo mền, cứng, nửa cứng dẻo chảy cứng thái dẻo cứng cứng

Sỏi sạn - - - - - (%) Thành Cát (%) 41,3 36,4 44,0 33,9 37,4 4 phần hạt Bột (%) 9,5 17,0 11,3 8,5 15,4

Sét (%) 38,9 34,4 33,4 16,0 35,0

85

Độ ẩm tự 5 34,17 43,66 23,92 23,95 27,39 (%) nhiên

Bảng 4.6 (Tiếp theo)

(g/cm3)

1,82 1, 70 1, 97 1, 98 1, 88 (dung

trọng ướt)

(g/cm3)

Dung 1,36 1,18 1,59 1,59 1,47 (dung 6 trọng trọng khô)

đn(g/cm3)

(dung 0,86 0,73 1,01 1,00 0,93 trọng đẩy

nổi)

Khối

7 2,72 2,62 2,72 2,70 2,72 lƣợng  (g/cm3)

riêng

8 50 55 42 41 46 (%) Độ rỗng

Hệ số

9 1,000 1,216 0,711 0,698 0,850 rỗng tự

nhiên

Độ bão 10 93 94 92 93 88 (%) hoà

Giới hạn (%) 11 45,5 47,1 37,7 28,2 44,0 chảy

Giới hạn (%) 12 23,5 28,4 19,5 17,1 24,0 dẻo

(%) 22,0 18,8 18,2 11,1 20,0 13 Chỉ số dẻo

14 0,49 0,82 0,24 0,62 0,17 Độ sệt

- 0,38 - - - (cm2/kG)

Hệ số nén 15 0,084 0,142 0,038 0,144 0,034 (cm2/kG) lún

86

0,062 0,364 0,084 0,128 0,084 (cm2/kG)

0,092 0,182 0,050 0,064 0,054 (cm2/kG)

0,046 0,080 0,026 0,033 0,028 (cm2/kG)

0,029 - 0,017 0,015 0,015 (cm2/kG)

0,267 0,048 0,291 0,139 0,330 (kG/cm2)

Lực dính - - - 0,254 - 16 kết (kG/cm2)

- - - 0,283 - (kG/cm2)

05019’ 13020’ 12031’ 13052’ (độ) 09056’

Góc nội 11057’ (độ) 17 - - - - ma sát 12041’ (độ) - - - -

Module 18,8 12,3 29,0 32,7 30,5 18 biến dạng (kG/cm2)

87

Hệ số (cm/s) 19 thấm

Hình 4.8. Mặt cắt địa chất công trình

Khu vực: xã Bắc Hòa, huyện Tân Thạnh,tỉnh Long An

(Theo hồ sơ khảo sát địa chất công trình trường tiểu học Bắc Hòa – do Ban QLDA đầu

tư Xây dựng huyện Tân Thạnh cung cấp)

4.2.3.3. Tổng hợp phân tích nền đất khu vực nền đƣờng:

Địa chất công trình khu vực xây dựng công trình như sau:

- Với độ sâu khảo sát 20m, kết cấu nền hiện tại trong phạm vi khảo sát tồn tại 5

lớp đất, được cấu tạo bởi các trầm tích sông trẻ - cổ, thành phần: Bùn sét, sét, sét pha nằm

xen kẻ nhau.

- Lớp 1, lớp 3 có sức chịu tải trung bình (Rtc = 1,4 – 1,7 kg/cm2) nhưng nằm xen kẹp giữa lớp 2 và lớp 4 có sức chịu tải kém (Rtc = 0,4 – 1,1 kg/cm2) đều không thuận lợi

cho việc làm nơi đặt móng xây dựng công trình. Lớp đất còn lại có sức chịu tải cao (Rtc = 2,0 kg/cm2), thuận lợi cho việc làm nền thiên nhiên để xây dựng công trình.

88

- Mực nước ngầm từ -0,5m đến – 1m (trong mùa khô).

4.3. Kiểm tra sức chịu tải của đất nền bên dƣới nền đƣờng

Có nhiều phương pháp tính sức chịu tải của đất nền nói chung, trong đó có đất yếu.

Trong phần này, học viên áp dụng một số phương pháp tính toán sức chịu tải đơn giản để

kiểm tra sức chịu tải của nền đất yếu bên dưới nền đường:

4.3.1. Sức chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng an toàn

Tải trọng an toàn là tải trọng giới hạn ban đầu của đất nền. Ứng với tải trọng

này vùng phá hoại chỉ bắt đầu xuất hiện tại một nhân điểm trên trục đối xứng của tải

trọng cách đáy nền đường một độ sâu (hình 4.9)

Hình 4.9: Sơ đồ xác định tải trọng an toàn

a. Trƣờng hợp tải trọng đƣờng phân bố theo dạng tam giác cân hoặc gần với

tam giác cân

(4.1)

Trong đó:

: nửa chiều rộng đáy đường

: dung trọng, lực dính, góc ma sát của nền đất yếu.

: hệ số phụ thuộc vào góc ma sát, xác định theo bảng 4.7

Bảng 4.7: Bảng tra giá trị

0 5 7 9 10 12 14 (độ)

0, 500 0, 435 0, 410 0, 386 0, 370 0, 345 0, 320

15 16 18 20 25 30 (độ)

89

0, 310 0, 296 0, 277 0, 252 0, 210 0, 175

Đối với đất dính có nhỏ, ta có thể bỏ qua trong công thức và có thể viết

như sau:

Đối với công trình đường “ĐT.837B”

(4.2)

b. Với tải trọng phân bố theo dạng hình thang cân, khi bỏ qua ảnh hƣởng của

trọng lƣợng thể tích đất nền, ta có thể xác định theo công thức GS.Viện sĩ Đặng Hữu

(4.3)

Trong đó: phụ thuộc vào tỷ số và cho ở bảng 4.8

Bảng 4.8: Bảng tra giá trị

Tỷ số a/b Góc nội ma sát (độ)

0 5 10 15 20 30

3, 14 3, 62 4, 19 4, 86 5, 65 8, 00 0

3, 20 3, 70 4, 31 4, 97 5, 83 8, 27 1

3, 29 3, 80 4, 42 5, 18 6, 05 8, 61 2

3, 37 3, 90 4, 54 5, 31 6, 24 8, 92 3

3, 47 4, 05 4, 72 5, 50 6, 50 9, 33 5

3, 61 4, 22 4, 95 5, 78 6, 85 9, 80 10

3, 74 4, 36 5, 07 5, 98 7, 09 10, 20 20

90

Hình 4.10: Sơ đồ phân bố tải trọng hình thang cân

Với công trình đường “ĐT.837B”

4.3.2. Kiểm tra sức chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng cho phép

Tải trọng cho phép là tải trọng tác dụng lên đất yếu và gây ra trong nó vùng phá

hoại trong phạm vi hạn chế thông gây ra mất ổn định tổng thể cho nền đất yếu, nền vẫn

được xem là nền biến dạng tuyến tính.

Trong trường hợp tải trọng phân bố đều, theo quy phạm hiện hành về tính toán nền

móng công trình Việt Nam, cho phép vùng phá hoại phát triển ở mép diện chịu tải đến độ

sâu 1/4 chiều rộng của diện chịu tải. Đối với tải trọng phân bố dạng tam giác cân hay

hình thang cân, theo một số nhà nghiên cứu, tải trọng cho phép ứng với vùng phá hoại có

chiều rộng lớn nhất bằng 0,3 - 0,6 chiều rộng diện chịu tải.

Lý thuyết cân bằng giới hạn của đất đã được hình thành với mẫu đất xác định tải

trọng giới hạn tác dụng lên đất nền hay còn gọi là khả năng chịu tải giới hạn của đất nền.

Phương pháp này xác định khả năng chịu lực giới hạn của nền đất, nghĩa là nếu ta tăng

thêm tải trọng giới hạn một lượng là dù vô cùng nhỏ, đất sẽ bị phá hoại hoàn toàn và

ngay tức khắc theo dạng trượt trồi.

a. Tính sức chịu tải của nền đất yếu theo tải trọng giới hạn bằng phƣơng pháp

của GS.TS. Trần Nhƣ Hối

Phương pháp dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn của đất, với quan điểm khi mái

đất mất ổn định thì trạng thái cân bằng giới hạn không phải chỉ xảy ra trên mặt trượt mà ở

toàn bộ khối đất bị trượt và xem xét ổn định của khối đất đắp trong mối liên quan chặt

chẽ các yếu tố mái dốc, hướng, độ lớn tải trọng tác dụng, tính chất cơ lý đất nền, đất đắp.

Việc ổn định theo quan điểm của GS. TS Trần Như Hối trong điều kiện làm việc khối đất

không được đầm nén chặt trên nền đất yếu là để khối đất đắp ổn định thì nền đất yếu bên

dưới phải ổn định, sự ổn định của nền đất yếu quyết định quy mô hình dạng, kích thước

91

của khối đất đắp.

Hình 4.11: Sơ đồ tính toán khối đất đắp

a. Trong trƣờng hợp đất nền chỉ chịu lực thẳng đứng của đất đắp:

(4.4)

Trong trường hợp đất nền chịu lực thẳng đứng của đất đắp và lực ngang q:

; n: hệ số tỉ lệ giữa lực ngang và lực đứng ( không thứ nguyên)

Trong đó:

: sức chịu tải của nền theo phương thẳng đứng.

: sức chịu tải của nền theo phương nằm ngang

: Các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong, lực dính, dung trọng và kích

thước khối đất đắp, tra bảng tài liệu số [12]

: độ sâu chôn móng.

: nửa chiều rộng khối đất đắp.

: lực dính của nền đất.

92

Với công trình đường “ĐT.837B

b. Tính sức chịu tải của nền đất theo TCVN 9362:2012

Áp lực trung bình tác dụng lên nền ở dưới nền đường do tải trọng gây ra không

được vượt quá áp lực tính toán R tác dụng lên nền tính theo công thức:

(4.5)

và lần lượt là hệ số điều kiện làm việc của nền đất và hệ số điều kiện làm +

việc của nhà hoặc công trình có tác dụng qua lại với nền ;

là hệ số tin cậy; +

+ A, B và D là các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng 14-TCVN 9362:2012 phụ

thuộc vào trị tính toán của góc ma sát trong .

là cạnh bé (bề rộng) của đáy móng, tính bằng mét (m); +

là chiều sâu đặt móng so với cốt qui định bị bạt đi hoặc đắp thêm, tính bằng mét +

(m);

là trị trung bình (theo từng lớp) của trọng lượng thể tích đất nằm phía trên độ +

sâu đặt móng, tính bằng kilôniutơn trên mét khối (kN/m3);

có ý nghĩa như trên, nhưng của đất nằm phía dưới đáy móng, tính bằng +

kilôniutơn trên mét khối (kN/m3);

là trị tính toán của lực dính đơn vị của đất nằm trực tiếp dưới đáy móng, tính +

bằng kilôpascan (kPa);

là chiều sâu đến nền tầng hầm tính bẳng mét (m). Khi không có tầng +

hầm thì lấy ;

là chiều sâu đặt móng tính đổi kể từ nền tầng hầm bên trong nhà có tầng hầm, +

tính theo công thức:

93

+ là chiều dày của kết cấu sàn tầng hầm, tính bằng mét (m)

là trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích của kết cấu sàn tầng hầm, +

tính bằng kilôniutơn trên mét khối (kN/m3);

*. Với công trình đường “ĐT.837B”

+

+

+

+

Hình 4.12: Kết quả biến dạng chảy dẻo của đường ĐT.837B

4.3.3. Kiểm tra sức chịu tải của nền đất yếu theo các phƣơng pháp khác

a. Phƣơng pháp Mandel và Salençon

Khi đáy khối đất đắp có chiểu rộng (B) lớn đặt trên lớp đất yếu có chiều dầy (H)

nhỏ (so với chiều rộng B) theo Mandel và Salençon sơ đồ phá hoại của nền đất yếu có thể

xảy ra theo dạng trình bày trên hình 4.13, và tải trọng giới hạn trên đất nền có lực dính

được xác định bởi biểu thức:

94

(4.6)

Trong đó:

: Chiều rộng trung bình của trắc ngang khối đất đắp.

: Chiều dày của lớp đất yếu.

: Hệ số chịu tải phụ thuộc vào tỷ số B/H và được xác định theo hình 4.13a.

Hình 4.13: Sơ đồ phá hoại của nền đất yếu có h

Hình 4.13a: Biểu đồ xác định hệ số sức chịu tải theo Mandel-Salençon