Chương 9 — Đất đắp trên nền đất yếu¶
Chương IX là chương gần nhất với chủ đề của trang web này. Chương xử lý hai câu hỏi chi phối mọi nền đắp trên đất sét yếu — có ổn định không, và lún bao nhiêu — rồi đặc biệt là quan trắc thế nào để điều khiển thi công đắp theo giai đoạn một cách an toàn.
9.1 Khái quát chung¶
Đất đắp là vật liệu đất được lựa chọn cho san lấp, đắp và đầm chặt theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. Nền đắp có thể mang hai chức năng: làm kết cấu (đê, đập, đường dẫn) và làm nền đất nền cho tuyến đường giao thông, sân ga, bến bãi.
Nền đất yếu là nền nằm dưới đất đắp, gồm đất sét và đất bụi mềm yếu, đất hữu cơ và than bùn, có tính nén lớn và sức kháng thấp.
Độ ổn định và mức độ biến dạng của nền đắp trên đất yếu không chỉ phụ thuộc vật liệu đắp mà quyết định bởi nền đất yếu bên dưới. Vì vậy chương trình bày: khảo sát thông số; ổn định mái dốc; lún cố kết; quan trắc – kiểm tra; vật liệu đắp và thi công; và thiết kế tầng phủ mềm.
9.2 Nghiên cứu ổn định mái dốc¶
9.2.1 Phương pháp chia lát Bishop–Fellenius kết hợp¶
9.2.2 Phương pháp ổn định cho lập phương án đắp theo giai đoạn¶
Nền đắp trên đất sét yếu được đắp theo giai đoạn: đắp một lớp, để đất cố kết và tăng sức kháng, rồi mới đắp lớp tiếp theo. Phép kiểm tra ổn định ở mỗi giai đoạn quyết định có được đắp tiếp hay không.
9.2.3 Dùng bệ phản áp tăng hệ số an toàn¶
Bệ phản áp ở chân mái dốc làm tăng hệ số an toàn mà không cần bỏ bớt khối đắp.
Hình. Phân tích ổn định theo cung tròn dùng cho đắp theo giai đoạn.
9.3 Nghiên cứu lún cố kết¶
9.3.1 Bản chất hiện tượng lún cố kết – những hạn chế cần lưu ý¶
9.3.2 Phân tích lún cố kết theo phương pháp Terzaghi¶
9.3.3 Các giải pháp gia tăng vận tốc cố kết¶
Bấc thấm (PVD), giếng cát và gia tải trước được dùng để tăng nhanh tốc độ cố kết, nhờ đó thi công được sớm hơn.
Hình. Cố kết: đường cong \(e\)–\(\log\sigma'\) và đường cong thời gian–lún.
9.4 Công tác quan trắc – kiểm tra¶
Đây là mục quan trọng nhất với trang web này. Trên nền đắp ở đất yếu, quan trắc không phải là tuỳ chọn — nó là cách điều khiển thi công theo giai đoạn và kiểm chứng các giả thiết thiết kế. Sách định nghĩa năm phép đo:
9.4.1 Quan trắc độ lún¶
Độ lún của khối đắp và của nền đất yếu được đo bằng bàn đo lún / mốc đo lún — cơ sở để xác nhận tốc độ cố kết và quyết định khi nào được đắp lớp tiếp theo.
9.4.2 Đo áp lực nước lỗ rỗng¶
Áp lực nước lỗ rỗng được đo bằng áp kế (piezometer). Đây là chỉ báo trực tiếp của quá trình cố kết: khi áp lực nước lỗ rỗng dư tiêu tán, ứng suất hữu hiệu và sức kháng tăng lên. Xem Dunnicliff Ch. 6 và FHWA Ch. 2.
Hình. So sánh các loại áp kế phổ biến.
9.4.3 Đo chuyển vị ngang đất nền dưới đất đắp¶
Chuyển vị ngang của nền đất yếu dưới và bên cạnh khối đắp được đo bằng ống đo nghiêng (inclinometer casing). Đây là chỉ báo sớm nhất của mất ổn định tại chân mái dốc. Xem Dunnicliff Ch. 8.
Hình. Ống đo nghiêng và đầu đo để xác định chuyển vị ngang.
9.4.4 Đo ứng suất tổng phương đứng đáy đất đắp¶
Hộp đo áp lực đất đặt ở đáy khối đắp đo ứng suất tổng phương đứng truyền xuống nền — đầu vào tải trọng cho các tính toán lún và ổn định. Xem Dunnicliff Ch. 7.
Hình. Hộp đo áp lực đất chôn ở đáy khối đắp.
9.4.5 Đo trực tiếp mức độ gia cường sức kháng cắt¶
Thí nghiệm cắt cánh hiện trường lặp lại trong đất sét yếu đo trực tiếp mức tăng sức kháng cắt mà đất đạt được khi cố kết — phép kiểm tra hiện trường xác nhận giả thiết đắp theo giai đoạn đang được thoả mãn.
9.4.6 Kiến nghị tổng quát¶
Một chương trình quan trắc trên nền đất yếu nên kết hợp: lún, áp lực nước lỗ rỗng, chuyển vị ngang và — khi thiết kế phụ thuộc vào mức tăng sức kháng — thí nghiệm cắt cánh, kèm giá trị ngưỡng để dừng thi công nếu bị vượt.
9.5 Vật liệu đắp và thi công đắp đất¶
9.5.1 Một số phương pháp thi công và xử lý¶
9.5.2 Vật liệu đất đắp¶
9.5.3 Công tác khảo sát – thăm dò – thí nghiệm cho vật liệu đắp¶
9.5.4 Phương thức thi công và kiểm tra đất đắp¶
9.6 Khái niệm về thiết kế tầng phủ mềm¶
9.6.1 Cấu trúc tầng mặt đường¶
9.6.2 Lượng giao thông¶
9.6.3 Sức kháng lớp nền¶
9.6.4 Thiết kế theo Road Note 31¶
9.6.5 Thiết kế theo phương pháp AASHTO¶
9.6.6 Vật liệu cho lớp móng trên (base)¶
9.7 Thuật ngữ¶
| Tiếng Anh | Tiếng Việt (sách dùng) |
|---|---|
| embankment / fill | đất đắp |
| soft ground | nền đất yếu |
| subgrade | nền đất nền (kết cấu áo đường) |
| staged construction | đắp theo giai đoạn |
| counterweight berm | bệ phản áp |
| consolidation settlement | lún cố kết |
| vertical drain (PVD) | bấc thấm |
| sand drain | giếng cát |
| settlement monitoring | quan trắc độ lún |
| pore-water pressure | áp lực nước lỗ rỗng |
| lateral displacement | chuyển vị ngang |
| inclinometer casing | ống đo nghiêng |
| earth pressure cell | hộp đo áp lực đất |
| field vane shear test | thí nghiệm cắt cánh hiện trường |
| flexible pavement | tầng phủ mềm (áo đường mềm) |
9.8 Các điểm then chốt¶
- Trên nền đất yếu, hành vi do nền đất yếu quyết định, không phải khối đắp.
- Đắp theo giai đoạn, để đất cố kết và tăng sức kháng giữa các lớp.
- Tăng nhanh cố kết bằng bấc thấm, giếng cát và gia tải trước.
- Quan trắc điều khiển thi công — năm phép đo: lún, áp lực nước lỗ rỗng, chuyển vị ngang, ứng suất tổng phương đứng và mức tăng sức kháng cắt.
- Đặt giá trị ngưỡng và dừng thi công khi bị vượt.