Bài giảng Thiết kế nền mặt đường và công trình trên đường: Chương 1 - ThS. Vũ Văn Nhân
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.97 MB, 47 trang )
THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG
&
CƠNG TRÌNH TRÊN Đ
ƯỜ
NG
GIẢNG VIÊN: ThS. VŨ VĂN NHÂN
NỘI DUNG TÍN CHỈ
• CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
• CHƯƠNG 2. CHẾ ĐỘ THỦY NHIỆT NỀN ĐƯỜNG
• CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH CHỐNG ĐỠ VÀ
PHỊNG HỘ NỀN ĐƯỜNG
• CHƯƠNG 4. CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
• CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM
• CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CỨNG
• CHƯƠNG 7. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN HỆ THỐNG
THỐT NƯỚC MẶT VÀ THỐT NƯỚC NGẦM
CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
Bậc I
Bậc II
Bậc III
CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
1.1. Thiết kế
cấu tạo
nền
đường.
Biết được:
II.1. Phân tích làm rõ được các u cầu
I.1. Các u cầu cơ bản của nền đường.
cơ bản đối với nền đường.
I.2. Cấu tạo cơ bản của nền đường trong II.2. Nắm được giải pháp cấu tạo nền
các trường hợp thơng thường ( vật
đường trong các trường hợp đặc
liệu cấu tạo, độ dốc mái taluy)
biệt.
I.3. Các phương pháp gia cố mái taluy
nền đường.
III.1. Liên hệ được
thực tế các hiện
tượng hư hỏng
của nền đường,
ngun nhân và
giải pháp khắc
phục.
1.2. Tính tốn
ổn định
nền
đường.
Biết được:
I.1. Các trường hợp kiểm tốn ổn định
nền đường.
I.2. Ngun lý chung của các phương
pháp kiểm tốn.
II.1. Trình bày được các bài tốn kiểm
tốn ổn định các trường hợp cụ
thể.
II.2. Phân tích được các yếu tố ảnh
hưởng đến sự ổn định trong các
trường hợp tính tốn.
III.2. Các giải pháp
đảm bảo ổn định
nền đường và
giải pháp xử lý
mất ổn định nền
đường.
1.3. Nền
đường
đắp trên
đất yếu
và độ
lún của
nền đắp.
I.1. Nhớ được các phương pháp kiểm
tốn ổn định nền đắp trên đất yếu.
II.1. Hiểu được thế nào là đất yếu.
II.2. Trình bày được các phương pháp
kiểm tốn ổn định.
II.3. Trình bày được phương pháp tính
tốn độ lún nền đắp.
II.4. Hiểu được các thơng số tính tốn
và phương pháp xác định các
thơng số.
III.3. Vận dụng tính
tốn ổn định nền
đắp trên đất yếu
và độ lún của nền
đắp cho bài tốn
cụ thể.
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
1.1 THIẾT KẾ CẤU TẠO NỀN ĐƯỜNG
1.1.1.Tác dụng của nền đường:
+ Khắc phục địa hình tự nhiên tạo nên một tuyến đường
đáp ứng được điều kiện chạy xe an tồn, êm thuận,
kinh tế
+ Cùng với áo đường chịu tác dụng của tải trọng xe chạy
→ Đóng vai trị quyết định đến sự ổn định của cơng
trình đường.
1.1.2. u cầu đối với nền đường:
+
Nền đường phải đảm bảo ln ln ổn định tồn khối
+ Nền đường phải đảm bảo có đủ cường độ
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
1.1.3. Các ngun nhân gây phá hoại nền đường:
•Nguồn ẩm.
•Điều kiện địa chất – thủy văn.
•Tác dụng của tải trọng.
•Thiết kế & Thi cơng khơng đảm bảo.
1.1.4. Các ngun tắc thiết kế nền đường:
Phải đảm bảo khu vực tác dụng của nền đường ln đạt
được các u cầu sau:
+ Khơng bị q ẩm và khơng chịu ảnh hưởng các nguồn ẩm
bên ngồi
+ 30 cm trên cùng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu
bằng 8 đối với đường cấp I, II; bằng 6 đối với các cấp
khác;
+ 50 cm tiếp theo phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểu
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
Hạn chế tác hại xấu đến mơi trường và cảnh quan:
+ Hạn chế phá hoại thảm thực vật sườn taluy;
+ Hạn chế phá hoại cân bằng tự nhiên, tránh đào sâu, đắp
cao. Gặp địa hình hiểm trở nên so sánh nền đường với các
phương án cầu cạn, hầm;
+ Trên sườn dốc q 50% nên xét phương án tách thành hai
nền đường độc lập;
Cao độ đáy áo đường phải cao hơn mực nước ngầm tính
tốn (hay mực nước đọng thường xun) theo qui định
Loại đất đắp nền đường
Số ngày liên tục duy trì mức nước trong 1 năm
Từ 20 ngày trở lên
Dưới 20 ngày
Cát bụi, cát nhỏ, cát pha sét nhẹ.
50
30
Cát bột, cát pha sét nặng
70
40
Cát pha sét bụi
120 – 80
50
Sét pha cát bột, sét pha cát nặng, sét béo, sét nặng
100 – 120
40
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
1.1.5. Độ chặt đầm nén nền đường
Độ chặt k
Loại cơng trình
Độ sâu tính từ
đáy áo đường
xuống,
cm
Khi áo đường dày trên 60cm
30
0,98
0,95
Khi áo đường dày dưới 60cm
50
0,98
0,95
0,95
0,93
cho đến 80
0,93
0,90
30
0,98
0,95
Nền
đắp Bên dưới chiều sâu
kể trên
Đất mới
đ ắp
Đất nền tự
nhiên*)
Nền đào và nền khơng đào khơng đắp
(đất nền tự nhiên)**)
Đường ơtơ
từ cấp I đến cấp IV
Đường ơtơ cấp
V, cấp VI
1.1.6. Cấu tạo nền đường và đ
ng nền
30 80 ất xây dự
0,93
đường:
1.1.6.1. Cấu tạo của nền đường:
1/1.5
* Cấu tạo nền đường đắp:
h
h
Khi chiều cao TALUY đắp <6,0m: 1/1.75
độ dốc ta luy 1/1,5
1
2
0,90
1/1.5
1/1.75
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
Độ dốc mái đường đắp (TCVN 40542005)
Loại đất đá
Độ dốc mái đường đắp khi
chiều cao mái dốc
< 6 m
từ 6 đến 12 m
1 : 1 1: 1,3
1:1,3 1,5
Đá khó phong hố cỡ lớn hơn 25cm xếp
khan*)
1 : 0,75
1:1,0
Đá dăm, đá sỏi, sạn, cát lẫn sỏi sạn, xỉ
quặng.
1 : 1,3
1 : 1,3 1,5
Cát to và cát vừa, đất sét và cát pha, đá dễ
phong hoá
1 : 1,5
1 : 1,75
1 : 1,75 2
1 : 1,75 2
Các loại đá phong hoá nhẹ
Đất bụi, cát nhỏ
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
Khi đắp nền đường bằng cát thì độ dốc taluy 1/1,75 và
lớp trên cùng đắp một lớp đất á sét với chỉ số dẻo>7
( không được phép đặt trực tiếp áo đường lên trên nền
cát )
Khi đắp đất trên sẫườ
ốc :
+ Khi is <20%: R
y cn d
ỏ ph
ạm vi đáy
nền tiếp xúc với sườn dốc
+ Khi is = (20 > 50)%: Đánh bậc cấp
Khi is ≥ 50%: làm kè chân hoặc tường chắn
1/1.5
1/1.5
1 m
Xáy vỉỵa
1/1.5
1.0 m
Xãú
p âạ khan
20
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
* Cấu tạo nền đường đào:
Độ dốc mái đường đào (TCVN 40542005)
Loại và tình trạng đất đá
Độ dốc mái đường đào khi chiều cao
mái dốc
12 m
> 12 m
Đất loại dính hoặc kém dính
nhưng ở trạng thái chặt vừa đến
chặt
1 : 1,0
1 : 1,25
Đất rời
1 : 1,50
1 : 1,75
Đá cứng phong hoá nhẹ
1 : 0,3
1 : 0,5
Đá cứng phong hoá nặng
1 : 1,0
1 : 1,25
Đá loại mềm phong hoá nhẹ
1 : 0,75
1 : 1,0
Đá loại mềm phong hoá nặng
1 : 1,00
1 : 1,25
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
1.1.6.2. Cấu tạo gia cố taluy nền đường:
Mục đích:
Bảo vệ mái taluy trước tác động phá hoại của nguồn
nước, sóng, gió và các tác dụng khác.
Các hình thức gia cố:
+ Đầm nén chặt mái taluy và gọt nhẵn mái taluy.
+ Trồng cỏ trên mái taluy.
+ Gia cố lớp đất mặt mái taluy bằng chất liên kết vơ cơ
hoặc hữu cơ.
+ Làm lớp bảo vệ cục bộ hoặc tường hộ để ngăn ngừa
tác dụng phong hoá
+ Những đoạn nền đường đắp chịu tác dụng nước chảy
và sóng vỗ thì có thể gia cố bằng cách dùng các tầng đá
xếp khan hoặc tầng đá xếp khan có lót vải địa kỹ thuật...
Trồng cỏ VETIVER
gia cố mái taluy
Sử dụng lưới địa kỹ thuật
Phun bêtông bề mặt taluy
THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG
1.1.6.3. Đất làm nền đường:
Tính chất và trạng thái của đất (độ ẩm và độ chặt) ảnh
hưởng rất lớn đến cường độ và độ ổn định của nền
đường.
KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
1.2. ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG TRÊN SƯỜN DỐC
1.2.1. Yêu cầu khi đắp đất nền đường trên sườn
dốc:
Nền đường phải đặt trên một sườn dốc ổn định, bản thân
sườn dốc vẫn ổn định sau khi xây dựng nền đường.
Nền đắp khơng bị trượt trên mặt sườn dốc, bản thân ta
luy nền đường cũng phải bảo đảm ổn định.
1.2.2.Tính tốn ổn định:
1.2.2.1 Trường hợp mặt trượt tương đối phẳng:
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
1.2.2.1 Trường hợp mặt trượt tương đối phẳng:
Xét một lớp đất có chiều cao h, dung trọng đất, lực dính
C,góc nội ma sát, sườn có độ dốc is
•W = Cl + f.Q.cos : lực giữ (l = 1m)
•F = Q.sin : lực gây trượt
is: độ dốc của sườn.
f: hệ số ma sát giữa khối trượt và
mặt phẳng.
: dung trọng khối đất trượt
(T/m3) C: lực dính đơn vị giữa
khối trượt và mặt trượt (T/m2)
: góc nghiêng của sườn dốc.
h: chiều dày của khối đất trượt
(m)
Để khối đất khơng bị trượt trên mặt
is
trượt thì độ dốc của mặt trượt là:
w
F
h
Q
f
C
.h. cos
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
1.2.2.2 Trường hợp trượt trên mặt gãy khúc:
Nãư
n âỉåìng
i-1
F i+1
i
Qi
N
i-1
Qi-1
Qi+1
Qi
Phân khối trươt thành từng đoạn trượt .
Trên từng đoạn trượt i tính trọng lượng Qi .
Lần lượt tính các lực gây trượt Fi, Fi1, Fi+1
Fi
( Fi 1 cos(
i 1
) K .Qi . sin
i
) ( f i .Qi . cos
1
Ci .li )
i : độ dốc i của mặt trượt đoạn i
Ci, i : lực dính, góc ma sát giữa khối trượt và mặt trượt
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
Cuối cùng tính được lực gây trượt dưới chân dốc Fi+1, qua
đó đánh giá ổn định của sừơn dốc:
Nếu Fi+1 ≤ 0 thì sườn dốc ổn định với hệ số K
Fi1 > 0 sườn dốc khơng ổn định với hệ số K
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
1.2.2.3. Trường hợp mặt trượt cong:
Bài tốn : Một vách đất thẳng
đứng thường mất ổn định, khối
đất sẽ trượt theo một mặt trượt
cong
Xét điều kiện cân bằng cơ học của một mảnh đất i bất kỳ
trên mặt trượt của nó ta có điều kiện cân bằng:
Lực gây trượt: Ti = Qi.sin i
Lực giữ
: Nitgφ+C.(di/cos i) với Ni = Qi.cos i
di
i
S træå üt
K h ä úi â á út
hi
Màû
t træåü
t
Ti
Ni
Qi
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
1.2.2.3.1. Phương pháp phân mảnh cổ điển:
• Do W.Fellenuis Thụy Điển đề xuất từ năm 1926.
• Khối đất trên ta luy khi mất ổn định sẽ trượt theo mặt
trượt hình trụ trịn.
Phân khối đất ra thành các mảnh.
Giả thiết khi trượt cả khối trượt
sẽ cùng trượt một lúc. Giữa các
mảnh khơng có lực ngang tác dụng
lên nhau
Trạng thái giới hạn chỉ xảy ra trên một mặt trượt.
Xét điều kiện cân bằng cơ học của một mảnh đất i bất kỳ.
O
R
Z
B
X
C
3
R
P1
h3
H
W3
P2
P3
D
P4
A
P5
T3
N3
Q3
Ti
Pi
Ni
KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
O
Hệ số ổn định trượt của khối trượt:
n
1
i
1
Pi . sin
i
Z
Wi . i
R
Z
) C .L
C
X3
R
P1
W3
h3
K
Pi . cos
B
H
(tg
n
R
P2
P3
D
P4
A
P5
T3
Ti
Pi: Trọng lượng mảnh thứ i.
i, Ci: góc ma sát, lực dính của mảnh thứ i.
Wi: tác dụng lực động đất co cánh tay địn so với tâm O là Zi.
Wi= (0,1 0,2)Pi xác định theo 22TCN 22195
R : bán kính cung trượt. L: chiều dài cung trượt.
N3
Q3
Pi
Ni
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
Đây chỉ xác định được hệ số ổn định K ứng với một
mảnh trượt nào đó, chưa phải là mặt trượt nguy hiểm nhất.
Để tìm trị số Kmin đối với mái ta luy đã biết thì giả thiết nhiều
mặt trượt khác nhau, tương ứng với mỗi mặt trượt sẽ tìm
được một hê số K, từ đó tìm được Kmin.
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
1.2.2.3.1. Phương pháp Bishop:
Việc tính tốn hệ số ổn định giống như phương pháp phân
mảnh cổ điển, chỉ khác ở mỗi mảnh trượt Bishop có xét
thêm các lực đẩy ngang Ei+1, Ei1 tác dụng từ hai phía của
mảnh trượt.
Wi
Ei-1
Ei
Pi
Ti
Ni
KIỂM TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG
Hiện nay, người ta đã phân tích được trạng thái ứng suất
biến dạng của mơi trường đàn hồi dẻo (MTĐHD)
Mơ hình MTĐHD: Các điểm (phân tố) của mơi trường ở
những ứng suất biến dạng nào đó (đủ nhỏ) thì là vật thể
đàn hồi, nhưng đến một trạng thái ứng suất biến dạng nào
đó (thỏa mãn điều kiện của Prandtl hoặc Mohr Rankine –
Coulomb) thì điểm đó (phần tử đó) trở thành vật thể dẻo
