Đánh giá điều kiện địa chất công trình tuyến đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình đến đê sông Hồng đoạn Km 21+000 đến Km 21+900. Thiết kế xử lý nền đoạn đường trên bằng cọc cát

Hà Nam cách thủ đô Hà Nội hơn 50km về phía Nam có phần lớn diện tích nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ

MỞ ĐẦU

Dự án tuyến đường ĐT 499, đoạn từ cao tốc Cầu Giẽ- Ninh Bình đến đê Sông Hồng thuộc tỉnh Hà Nam được triển khai với mục đích khai thác diện tích hai bên đường để xây dựng các khu công nghiệp đô thị mới Trong tương lai nó cũng sẽ là tuyến đường nối hai tỉnh Hà Nam và Thái Bình bằng cầu vượt sông Hồng Tuyến đường sau khi xây dựng hứa hẹn nhiều tiềm năng cho sự phát triển kinh tế của Hà Nam.

Để làm quen với thực tế, rèn luyện kĩ năng chuyên môn, từ ngày 04/01/2010 đến 06/02/2010, tôi đã được Bộ môn địa chất công trình, trường đại học Mỏ - Địa Chất phân công về thực tập tại Công ty Cổ phần tư vấn thiết kế giao thông vận tải 4 thuộc Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI) Trong thời gian thực tập tại công ty, tôi đã nắm vững được một số thí nghiệm đất đá trong phòng và một số thí nghiệm ngoài trời khác, làm quen với công việc chỉnh lý, viết báo cáo khảo sát địa chất công trình Sau khi kết thúc đợt thực tập tốt nghiệp, trên cơ sở tài liệu thu thập được, tôi được Bộ môn Địa chất công trình giao viết đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“ Đánh giá điều kiện địa chất công trình tuyến đường cao tốc Cầu Giẽ –Ninh Bình đến đê sông Hồng đoạn Km 21+000 đến Km 21+900 Thiết kế xử lýnền đoạn đường trên bằng cọc cát “.

Sau hơn 3 tháng làm việc khẩn trương và nghiêm túc, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Đỗ Minh Toàn, đến nay đồ án của tôi đã hoàn thành đúng thời gian đúng quy định Nội dung đồ án gồm:

Mở đầu

Phần I : Đánh giá điều kiện địa chất tuyến đường

Chương 1: Điều kiện địa lý tự nhiên, dân cư, kinh tế, giao thông tỉnh Hà Nam Chương 2: Sơ lược về địa tầng và địa chất thuỷ văn tỉnh Hà Nam

Chương 3: Đánh giá điều kiện địa chất tuyến đường từ cao tốc Cầu Giẽ –

Ninh Bình đến đê sông Hồng đoạn từ Km 21+000 đến Km 21+900 Chương 4: Dự báo các vấn đề địa chất công trình

Phần 2 : Thiết Kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến từ Km 21+000 – Km21+900

bằng phương pháp cọc cát.

Chương 1 : Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát Chương 2 : Thiết kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến từ Km 21+000 – Km 21+900 bằng phương pháp cọc cát.

Chương 3 : Công tác quan trắc địa chất cong trình Chương 4 : Tính toán khối lượng và dự trữ kinh phí.

Kết luận

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo hướng dẫn Đỗ Minh Toàn, cùng các thầy cô giáo trong Bộ môn Địa chất công trình đã giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Do kiến thức bản thân và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên nội dung đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn và các bạn đồng nghiệp để đồ án được hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng 06 năm 2010

Sinh viên thực hiện Nguyễn Hồng Nhung

PHẦN 1

ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤTTUYẾN ĐƯỜNG

Hà Nam cách thủ đô Hà Nội hơn 50km về phía Nam có phần lớn diện tích

nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, có phương chạy dài theo hướng Tây Bắc -Đông Nam dọc theo thung lũng sông Hồng, sông Đáy và dãy núi đá vôi Hoà Bình _ Ninh Bình, nằm trong giới hạn toạ độ địa lý:

20o25’45” - 20o40’25’’ vĩ Bắc

105o40’50’’ - 106o10’05’’ kinh Đông Có ranh giới giáp với các tỉnh:

Tỉnh Hoà Bình ở phía Tây Thành phố Hà Nội ở phía Bắc.

Tỉnh Hưng Yên, Thái Bình ở phía Đông Tỉnh Nam Định, Ninh Bình ở phía Nam.

Tuyến đường ĐT 499, đoạn từ đường cao tốc Cầu Giẽ Ninh Bình đến đê sông Hồng dài 19.25 km, thuộc địa bàn các huyện Thanh Liêm, Bình Lục và Lý Nhân tỉnh Hà Nam

1.1.2 Địều kiện tự nhiên1.1.2.1 Địa hình

Hà Nam có diện tích 859.6 km2, là một tỉnh đồng bằng giáp núi nên địa hình có sự tương phản giữa địa hình đồng bằng và đồi núi Mật độ và độ sâu chia cắt địa hình không đáng kể Địa hình có hướng dốc theo phương Tây Bắc - Đông Nam theo thung lũng sông Hồng, sông Đáy và dãy núi đá vôi Hoà Bình – Ninh Bình.

Địa hình Hà Nam có thể chia làm 2 dạng khác nhau:

Chiếm khoảng 10 – 15% diện tích của tỉnh, nằm về phía tây là vùng đồi núi bán sơn địa với các dãy núi đá vôi, núi đất và đồi rừng, nhiều nơi có địa hình dốc.

Vùng núi đá vôi ở đây là bộ phận của dãy núi đá vôi Hoà Bình – Ninh Bình, có mật độ chia cắt lớn tạo nên nhiều hang động có thạch nhũ hình dáng kỳ thú.

Phía Đông là vùng đồng bằng do phù sa bồi tụ từ các dòng sông lớn, chiếm hầu hết diện tích lãnh thổ tỉnh Hà Nam Phần lớn đất đai ở đây bị chia cắt bởi hệ thống sông ngòi khá dày đặc Vì vậy, ở đây có diện tích mặt nước ao, hồ, đầm lầy, ruộng trũng và sông ngòi khá lớn.

1.1.2.2 Các yếu tố khí tượng và khí hậu:

Hà Nam có điều kiện thời tiết, khí hậu mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm.

Nhiệt độ trung bình hàng năm vào khoảng 23-240C, số giờ nắng trung bình khoảng 1300 – 1500 giờ/năm Trong năm thường có 8 – 9 tháng có nhiệt độ trung bình trên 200 (trong đó có khoảng 5 tháng có nhiệt độ trung bình dưới 200C) và chỉ có 3 tháng nhiệt độ trung bình dưới 200C, nhưng không có tháng nào nhiệt độ dưới 160C.

Lượng mưa trung bình khoảng 1900 mm, năm có lượng mưa cao nhất tới 3179 mm (năm 1994), năm có lượng mưa thấp nhất là 1265.3 mm (năm 1998).

Độ ẩm trung bình hàng năm là 85%, không có tháng nào có độ ẩm trung bình dưới 77% Tháng có độ ẩm trung bình cao nhất trong năm là tháng 3 (95.5%), tháng có độ ẩm trung bình thấp nhất trong năm là tháng 11 (82.5%).

Khí hậu có sự phân hoá theo chế độ nhiệt với hai mùa tương phản nhau là mùa hè nóng ẩm và mùa đông khô lạnh cùng với hai thời kỳ chuyển tiếp tương đối là mà xuân và mùa thu Mùa hạ thường kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9, mùa đông thường kéo dài từ giữa tháng 11 đến giữa tháng 3 năm sau

Về mùa hè có gió nam, gió Tây Bắc- Đông Nam Về mùa đông có gió mùa lạnh với tính chất khô, lạnh đặc trưng với hướng chính là Đông Bắc – Tây Nam.

1.1.2.3 Mạng sông suối

Chạy qua lãnh thổ Hà Nam là các sông lớn như sông Hồng, sông Đáy sông Châu Giang và các sông do con người đào đắp như sông Nhuệ, sông Sắt tạo nên

mạng lưới sông suối khá dày đặc, đạt gần 2 km/km2 Các con sông đều có hướng chảy theo phương Tây Bắc - Đông Nam.

* Sông Hồng: là con sông lớn nhất miền Bắc bắt nguồn từ Vân Nam Trung Quốc với tổng chiều dài là 1083 km nhưng chỉ có 475 km chảy qua địa phận Việt Nam Trên lãnh thổ tỉnh Hà Nam, sông có chiều dài 38,6 km, có lượng phù sa khá màu mỡ Sông Hồng ở đây bị ảnh hưởng sâu sắc của thuỷ triều, không chỉ biến đổi mực nước mà cả thành phần hoá học của nước sông Sông là ranh giới phía đông của tỉnh với các tỉnh Hưng Yên và Thái Bình Lưu lượng về mùa khô thay đổi từ 400m3/s đến 800 m3/s, còn mùa mưa từ 2000 đến 6000 m3/s lớn nhất là 2200 m3/s Nước sông Hồng quanh năm đục do chứa lượng phù sa lớn Thành phần pha sa chủ yếu là cát, sét, thay đổi từ 100 g/cm3 đến 1860g/cm3.

* Sông Đáy là sông lớn thứ hai, nằm ở phía Tây của Hà Nam Sông là một nhánh của sông Hồng chảy vào lãnh thổ Hà Nam với chiều dài 47,6 km Lòng sông khá rộng dòng chảy qua trung tâm thị xã Phủ Lý rộng 100 – 250m với lưu lượng 1054 – 1066 m3/s Chiều sâu lớn nhất vào mùa mưa là 14,8 m, vào mùa khô là 5 – 7 m Lượng phù sa của sông không đáng kể Sông còn là ranh giới giữa Hà Nam và Ninh Bình.

* Sông Châu Giang hay còn gọi là sông Nông Giang, thực chất là con sông đào từ thời kỳ Pháp sau khi lấp sông Lấp Sông Châu Giang bắt nguồn từ các kênh mương máng hợp thành tại thị trấn Đồng Văn Chiều rộng của sông thay đổi từ 50m đến 150m, chiều sâu thay đổi trung bình từ 2m đến 5m tuỳ theo mùa nước cạn hay mùa nước lớn Lượng phù sa của sông không đáng kể, nguồn cung cấp nước chủ yếu của sông là nước mặt và một phần là nước dưới đất.

* Sông Nhuệ: là sông đào dẫn nước sông Hồng từ Thuỵ Phương, Từ Liêm, Hà Nội và đi vào Hà Nam với chiều dài 14.5 km, sau đó đổ vào sông Đáy ở Phủ Lý * Sông Sắt: là chi lưu của sông Châu Giang trên lãnh thổ huyện Bình Lục Nhìn chung, hàng năm Hà Nam có lượng mưa trung bình cho khối tài nguyên nước rơi khoảng 1.602 tỷ m3 Dòng chảy mặt từ sông Hồng, sông Đáy, sông Nhuệ

hàng năm đưa vào lãnh thổ khoảng 14.050 tỷ m3 nước Dòng chảy ngầm chuyển qua lãnh thổ cũng giúp cho Hà Nam luôn luôn được bổ sung nước ngầm từ các vùng khác Nước ngầm ở Hà Nam tồn tại nhiều tầng và chất lượng tốt, đủ đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội.

1.2 Đặc điểm dân cư, kinh tế, giao thông 1.2.1 Đặc điểm dân cư

Theo điều tra dân số 01/04/2009 Hà Nam có 785.057 người, giảm so với năm 1999 (có 811.126 người), chiếm 5,6% dân số đồng bằng sông Hồng Mật độ dân số là 954 người/km2 Dân cư của tỉnh chủ yếu là dân tộc kinh và còn một số it dân tộc ít người sống ở huyện Thanh Liêm Cả tỉnh só 91,5% dân số sống ở khu vực nông thôn và 8,5% sống ở đô thị.

1.2.2 Đặc điểm kinh tế:

Theo số liệu thống kê năm 2005, công nghiệp chiếm 39,7%, dịch vụ 31,9% còn nông nghiệp chiếm 28,4% Cơ cấu kinh tế đã có bước phát triển và thay đổi đáng kể so với những năm trước.

Về công nghiệp: Chủ chốt là xi măng, vật liệu xây dựng, dệt may, chế biến Tỉnh đă quy hoạch 5 khu công nghiệp, cùng với các cơ chế, chính sách ưu đãi đầu tư khá hấp dẫn sẵn sàng mời gọi các nhà đầu tư trong nước và nước ngoài.

Về tiểu thủ công nghiệp, làng nghề: tỉnh Hà Nam có trên 40 làng nghề Có những làng nghề truyền thống lâu đời như dệt lụa Nha Xá, trống Đọi Tam, nghề mộc Kim Bảng… Có làng đã đạt từ 40 – 45 tỷ đồng giá trị sản xuất, tạo việc làm cho hàng trăm lao động.

Về nông nghiệp: Tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất nông nghiệp của tỉnh bình quân đạt 4,1% Trong đó trồng trọt tăng 1,7%, chăn nuôi tăng 6,7%, dịch vụ 31%, sản lượng lương thực thực phẩm đạt 420 tấn/năm, sản lượng thuỷ sản đạt 11.500 tấn.

Về dịch vụ: Hà Nam có vị trí thuận lợi cho phát triển lưu thông hàng hoá với các địa phương khác Hà Nam có điều kiện phát triển đa dạng các loại hình du lịch

sinh thái, văn hoá, nghỉ dưỡng, thể thao Hà Nam có nhiều địa điểm tham quan du lịch như: khu vực du lịch đến Trúc thờ vị anh hùng Lý Thường Kiệt, Ngũ Động Thị Sơn, chùa Long Đọi Sơn… Hiện nay, tỉnh đang tiến hành xây dựng các nhà nghỉ, khách sạn, sân gôn, quần vợt, công viên nước, và những dịch vụ du lịch khác.

1.2.3 Đặc điểm giao thông:

Nằm trên trục giao thông quan trọng xuyên Bắc – Nam, trên địa bàn tỉnh có quốc lộ 1A và đường sắt chạy qua với chiều dài gần 50 km và các tuyến đường giao thông quan trọng khác như quốc lộ 21, quốc lộ 21B, quốc lộ 38 Tỉnh có hơn 4000 km đường bộ bao gồm các đường quốc lộ, tỉnh lộ cùng các tuyến giao thông liên huyện, liên xã, thị trấn đã được rải nhựa hoặc bê tông hoá Ngoài ra, tỉnh còn có hơn 200km đường thuỷ có luồng lạch đi lại thuận tiện, với 42 cầu đường đã được xây dựng kiên cố và hàng nghìn km đường giao thông nông thôn tạo thành một mạng lưới giao thông khép kín Tất cả những điều đó tạo điều kiện thuận lợi về đi lại và vận chuyển hàng hoá cho các phương tiện cơ giới Từ thị xã Phủ Lý có thể đi tới các tỉnh trong khu vực đồng bằng sông Hồng một cách nhanh chóng và thuận tiện.

CHƯƠNG II

SƠ LƯỢC VỀ ĐỊA TẦNG TRẦM TÍCH ĐỆ TỨ VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN TỈNH HÀ NAM 2.1 Đặc điểm địa chất

Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng trũng Hà Nội, đã được các nhà địa chất nghiên cứu cho thấy, trầm tích Đệ Tứ phân bố rộng rãi bao gồm các tích tụ thuộc các hệ tầng Lệ Chi, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hải Hưng và Thái Bình.

Với các tài liệu thu thập được có thể mô tả địa tầng trầm tích Đệ Tứ trong phạm vi tỉnh Hà Nam theo thứ tự từ già đến trẻ như sau:

2.1.1 Thống Pleitocen

2.1.1.1 Phụ thống hạ, hệ tầng Lệ Chi (Q1lc)

Hệ tầng Lệ Chi không lộ ra trên bề mặt, phân bố ở độ sâu 100m trở xuống Thành phần trâm tích là cát hạt trung, hạt thô lẫn sỏi, bột sét màu xám xanh chứa các di tích thực vật Bề dày khoảng 16 – 17m.

2.1.1.2 Phụ thống trung – thượng phần dưới, hệ tầng Hà Nội (Q12-3 hn)

Hệ tầng Hà Nội được chia thành hai phụ hệ tầng: Phụ hệ tầng Hà Nội dưới và phụ hệ tầng Hà Nội trên.

* Phụ hệ tầng Hà Nội dưới (aQ12-3hn)

Phụ hệ tầng Hà Nội dưới có nguồn gốc sông, phân bố rộng rãi và liên tục trong khu vực nghiên cứu Tuy nhiên, các thành tạo đá của phụ hệ tầng này không lộ ra, chỉ quan sát thấy trong các lỗ khoan sâu 45 đến 100m Thành phần trầm tích là cát lẫn sạn sỏi, cuội, xen các thấu kính cát sét, bột sét màu trắng xám, xám tro Bề dày trầm tích hơn 39m.

* Phụ hệ tầng Hà Nội trên (amQ12-3hn)

Phụ hệ tầng Hà Nội trên có nguồn gốc sông biển Các thành tạo của phụ hệ tầng này cũng không lộ ra trên mặt, chỉ quan sát được trong các lố khoan ở độ sâu 41 đến 46m Thành phần trầm tích gồm sét bột lẫn ít cát màu xám nâu, chứa nhiều vảy muscovit và mùn thực vât, dày 5 đến 6m.

2.1.1.3 Phụ thống thượng, phần trên, hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13vp)

Trong khu vực nghiên cứu chỉ gặp phụ hệ tầng Vĩnh Phúc dưới.

Phụ hệ tầng Vĩnh Phúc dưới có nguồn gốc sông- biển Phụ hề tầng này không lộ ra trên bề mặt mà chỉ thấy trong các lỗ khoan ở độ sâu 22 – 60m, thành phần trầm tích sét bột lẫn cát hạt mịn màu xám nâu, xám xanh Trầm tích này bị trầm tích của hệ tầng Hải Hưng phủ không chỉnh hợp lên trên.

2.1.2 Thống Holoxen (Q2), hệ tầng HảI Hưng (Q11-2hh1)

Trầm tích hệ tầng Hải Hưng được chia thành 3 phụ hệ tầng: Phụ hề tầng Hải Hưng dưới, phụ hệ tầng Hải Hưng giữa và phụ hệ tầng Hải Hưng trên.

* Phụ hệ tầng Hải Hưng dưới (Q21-2hh1) có nguồn gốc sông biển Trong khu vực nghiên cứu hệ tầng Hải Hưng dưới không lộ ra, thành phần gồm cát thô đến bột sét xen kẽ thực vật, dày từ 9 – 10m.

* Phụ hệ tầng Hải Hưng giữa (Q21-2hh2) có nguồn gốc biển - đầm lầy, cũng chỉ quan sát được trong các lỗ khoan, dày từ 5- 25m Thành phần thạch học bao gồm cát, bột, sét chiếm chủ yếu Thành phần hữu cơ chiếm 15% - 25%, và thực vật chưa phân huỷ hết có màu đen, đặc trưng cho nguồn gốc biển - đầm lầy Tất cả các di tích thực vật phát hiện nổi bật đều được xác định là loại sống ở đầm lầy ven biển hiện nay, chứng tỏ môi trường thành tạo trầm tích là đầm lầy ven biển.

* Phụ hệ tầng Hải Hưng trên(mQ21-2hh3) có nguồn gốc biển, phân bố trong diện hẹp phía Tây của khu vực nghiên cứu với thành phần chủ yếu là sét màu xám xanh, xám đen, rất phong phú di tích động vật biển Thành phần thạch học gồm sét là chủ yếu, độ lựa chọn cao, chứa vật chất hữu cơ, có bề dày từ 2-5m.

II.1.3 Thống Holoxen, hệ tầng TháI Bình (Q21-2tb):

Đây là hệ tầng được thành tạo trẻ nhất trong khoảng 3000 năm trước, phân bố rộng rãi trong tỉnh, diện tích phân bố chiếm 90% diện tích nghiên cứu, bao gồm nhiều nguồn gốc khác nhau.

* Trầm tích biển - đầm lầy (mbQ21-2tb) Mặt cắt gồm hai phần ;

Phần dưới của trầm tích nằm chuyển tiếp với biển có chiều dày 1- 4m Thành phần gồm cát hạt nhỏ đến hạt trung, lẫn bột sét màu xám, xám đen Trong đó cát bột có chứa nhiều di tích động vật biển Đặc biệt là trong đó có chứa nhiều di tích động vật biển Đặc biệt là trong đó có chứa nhiều di tích thực vật thân cỏ và thực vật thân nhỏ.

Phần trên có chiều dày mỏng Thành phần là sét bột màu xám đen, thuộc đất thổ nhưỡng, do con người cải tạo và hàng năm được phù sa sông Hồng bồi đắp thêm.

* Trầm tích biển- sông (maQ21-2tb)

Chiều dày của trầm tích này khoảng 20m Thành phần chủ yếu là sét bộ màu xám, xám nâu đơn điệu, có chứa phong phú các di tích thực vật, tiêu biểu cho môi trường biển Cát có thành phần đa khoáng như thạch anh, các mảnh vụn khác và ít vật chất hữu cơ, sét có thành phần khoáng vật clorit, mica và kaolinit, cấp độ hạt chủ yếu là bột sét.

* Trầm tích sông (aQ21-2tb)

Được chia làm hai tướng: tướng lòng sông và tướng bãi bồi.

Tướng lòng sông: theo các sông đổ ra đồng bằng thành tạo tướng lòng sông, thành phần chủ yếu là cát cuội sỏi Thành phần và kích thước hạt hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn gốc cung cấp vật liệu của sông Cát ở các con sông của Hà Nam thường nhỏ và lẫn nhiều bột sét, thành phần đa khoáng và có màu xám đen.

Tướng bãi bồi thành tạo chủ yếu là sét, sét bột màu nâu, nâu gụ phân bố dọc theo hai bờ sông chính với chiều dài ngang vài trăm mét đến vài chục km, dày từ 5 đến 10m Thành phần chủ yếu là sét, bột tướng bãi bồi và cát tướng lòng sông.

2.2 Đặc điểm địa chất thuỷ văn:

Nước ngầm ở Hà Nam có trong nhiều tầng chứa nước và nhìn chung có chất lượng tốt đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của con người.

Những khảo sát nước ngầm của Đoàn Trọng Cảnh và những người khác (thuộc trường đại học Mỏ - Địa Chất ) đã cho thấy: Trong trầm tích Đệ Tứ tại Hà Nam có tới 4 đơn vị chứa nước, tính từ mặt đất trở xuống gồm:

- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích hỗn hợp sông, biển, đầm lầy, hệ tầng TháI Bình, tuổi Holoxen

- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích hỗn hợp biển đầm lầy, hệ tầng Hải Hưng, tuổi Holoxen

- Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích lục địa, hệ tầng Hà Nội, tuổi Pleistoxen - Tầng chứa nước lỗ hổng, vỉa- lỗ hổng thuộc trầm tích Pleistoxen dưới.

Trong 4 tầng chứa nước ngầm thì có 2 tầng có trữ lượng lớn và có điều kiện khai thác tương đối thuận lợi đó là:

2.2.1 Tầng chứa nước lỗ hổng Holoxen, hệ tầng Thái Bình:

Thành phần chính của tầng chứa nước này là cát mịn dưới dạng thấu kính có diện phân bố nhỏ nằm xen trong các lớp sét, sét pha có nguồn gốc khác nhau Mực nước tĩnh trong tầng chứa nước cách mặt đất từ 1 đến 3m Nguồn cung cấp chính là nước mưa và nước mặt thẩm thấu theo chiều thẳng đứng.

2.2.2 Tầng chứa nước lỗ hổng tuổi Pleistoxen, hệ tầng Hà Nội:

Thành phần thạch học chủ yếu của tầng chứa nước này là cát hạt thô, sạn, sỏi Chiều dày của tầng chứa từ 10m đến 15m.

Nguồn gốc của tầng chứa nước này là nước nhạt được chôn vùi và có sự bổ sung của nước thẩm thấu Nước ngầm trong tầng chứa nước tuổi pleistoxen có chất lượng tốt, có thể khai thác sử dụng trong sinh hoạt.

CHƯƠNG III

ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

TUYẾN ĐƯỜNG NỐI TỪ CAO TỐC CẦU GIẼ – NINH BÌNHĐẾN ĐÊ SÔNG HỒNG, ĐOẠN TỪ KM21+000 – KM21+900

Đường ĐT 499 là tuyến đường quy hoạch từ nút giao Liêm tuyền trên đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình đến đê sông Hồng (Km 41+200 - đê hữu sông Hồng), có tổng chiều dài khoảng 19,25 km Đoạn tuyến từ km 21+000 đến Km 21+900 nằm trong khu vực huyện Lý Nhân, tỉnh Hà Nam Trong giai đoạn khảo sát ĐCCT phục vụ thiết kế bản vẽ thi công, trên đoạn tuyến này đã tiến hành khối lượng công tác khảo sát ĐCCT:

- Đo vẽ bản đồ địa hình trên phạm vi xây dựng với tỷ lệ 1/1000, diện tích khoảng 20000m2;

- Khoan trên đoạn tuyến với số lượng 10 hố khoan, với tổng chiều sâu là 150m, mỗi hố khoan sâu 15m;

- Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT trong tất cả các lỗ khoan với khoảng cách 2.0m một lần, tổng cộng 75 lần;

- Lấy 75 mẫu đất và thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của chúng;

- Thí nghiệm cắt cánh thực hiện tại lỗ khoan 46 và 53 với 2m cắt cánh 1 lần, tổng cộng 13 lần.

Dựa vào tài liệu thu thập được, tôi đánh giá điều kiện địa chất công trình đoạn tuyến như sau:

3.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo

Đoạn tuyến khảo sát dài 900m từ Km 21+000 đến Km 21+900, đi qua địa phận huyện Lý Nhân, chủ yếu đi qua cánh đồng ruộng lúa, nằm trên kiểu địa hình đồng bằng tích tụ, bị phân cắt nhẹ bởi 1 số kênh mương tưới tiêu trong vùng Phủ lên trên bề mặt là các thành tạo trầm tích Đệ Tứ nguồn gốc sông hồ, đầm lầy có thành phần là sét, sét pha, cát pha, cát với bề dày lớn Bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc dọc và ngang nhỏ Mặt đất thiên nhiên có cao độ thay đổi từ +1,17m đến +1,99m, so với cao độ thiết kế là 4,0m thì đoạn tuyến phải đắp cao với chiều cao đắp trung bình là 3,0m.

Đây là dự án xây dựng tuyến đường mới, chủ yếu đi qua ruộng lúa, kênh mương, và nhiều đường đất nhỏ cắt qua nên giao thông tương đối thuận lợi cho công tác thi công Ngoài ra, tuyến đường đi qua khu vực ít khu dân cư nên việc giải phóng mặt bằng tương đối thuận lợi.

3.2 Cấu trúc địa chất nền đất và tính chất cơ lý của đất nền

Theo tài liệu khảo sát ĐCCT, trong phạm vi chiều sâu khảo sát, cấu trúc nền đất thiên nhiên theo thứ tự từ trên xuống gồm 4 lớp:

Lớp 1: Đất đắp;

Lớp 2: Sét màu xám nâu vàng, trạng thái dẻo mềm; Lớp 3: Bùn sét pha, màu xám nâu đen;

Lớp 4: Cát màu xám đen, xám ghi, trạng thái rời xốp đến chặt vừa.

Trên cơ sở các số liệu về chỉ tiêu cơ lý từng lớp đất, môđun tổng biến dạng E0 và sức chịu tải quy ước R0 được tính theo TCXD 45 – 78:

a1-2: Hệ số nén lún của đất ứng với khoảng áp lực 1=1 kG/cm2  2

=2 kG/cm2

: Hệ số xét đến điều kiện nở hông, giá trị của nó được lấy tuỳ thuộc vào từng loại đất Cụ thể là lấy theo bảng 3.1:

Bảng 3.1: Bảng tra hệ số 

mk: Hệ số chuyển đổi từ kết quả tính E0 theo thí nghiệm nén một trục không nở hông trong phòng sưởi kết quả tính E0 theo thí nghiệm nén tĩnh bằng bàn nén ngoài hiện Với đất có trạng thái từ dẻo chảy đến chảy (Is  0,75) thì mk=1, đất có trạng thái từ dẻo mềm đến cứng thì mk được xác định theo bảng 3.2

m là hệ số điều kiện làm việc của đất nền, lấy bằng 1;

A, B, D : hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất tính theo trạng thái dưới hạn thứ II ( II );

b: chiều rộng móng, quy ước lấy bằng 100 cm; h: Chiều sâu đặt móng, quy ước lấy bằng 100 cm;

CII: Lực dính kết của đất dưới đáy móng tính theo trạng thái theo giới hạn thứ II (kG/cm2);

II : Khối lượng thế tích tự nhiên của đất tính theo trnạg thái giới hạn thứ II (kG/cm3).

Đặc điểm tính chất xây dựng của các lớp như sau:

3.2.1 Lớp 1: Đất đắp

Lớp đất nằm lộ ngay trên bê mặt địa hình với diện phân bố cục bộ, chủ yếu xuất hiện tại các vị trí tuyến cắt qua đường cũ, bờ kênh, bờ ruộng và khu dân cư, như tại lỗ khoan LK3, LK4, LK5, LK7, LK9 với chiều dày biến đổi từ 0,4m đến 1,0m Đất có thành phần không đồng nhất, chủ yếu là sét pha, đôi chỗ lẫn sạn sỏi, màu xám nâu vàng.

Do diện phân bố hẹp, chiều dày lớp mỏng, lại không đồng nhất nên trong lớp này không lấy mẫu thí nghiệm Đề nghị bóc bỏ khi thi công.

3.2.2 Lớp 2: Sét pha, trạng thái dẻo mềm

Lớp này gặp ở hầu hết các lỗ khoan ( trừ LK 10 ), nằm ngay dưới lớp đất đắp, phần lớn lộ ngay trên bề mặt địa hình Cao độ mặt lớp thay đổi từ +0,4m (LK7) đến +0,79m (LK8), cao độ đáy lớp từ +0,17m (LK1) đến +0,79 (LK4), bề dày biến đổi từ 0,5m (LK5) đến 1m (LK1, LK2), chiều dày trung bình 0,7m Đất có thành phần là sét màu xám nâu vàng, trạng thái dẻo mềm, một vài vị trí gần dẻo cứng.

Trong lớp đã tiến hành lây và thí nghiệm 2 mẫu nguyên trạng Kết quả trình bày trong bảng 3.3

B ng 3.3: Các ch tiêu c lý c a l p 2ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ơ lý của lớp 2 ủa lớp 2 ớp 2

STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị

-7 Khối lượng thể tích tự nhiên gw g/cm3 1,68 1,68

Do chỉ thí nghiệm với 2 mẫu nên giá trị trung bình chính là giá trị tính toán theo trạng thái giới hạn thứ II.

* Môđun tổng biến dạng được tính theo công thức (3.1) với các thông số:

Lớp đất có phạm vi phân bố khá rộng, gặp ở tất cả các lỗ khoan, nằm ngay dưới các lớp đất đắp và 1 ở cuối đoạn tuyến (km 21+800 đến km21+900) còn lộ ran gay trên bề mặt Cao độ mặt lớp thay đổi từ 0,17m (LK1) đến +1,20m (LK 10),

cao độ đáy lớp thay đổi từ -7,30m (LK10) đến – 4,51m (LK5) Chiều dày lớp trung bình khoảng 6m Đất có thành phần là bùn sét pha, đôI chỗ lẫn hữu cơ màu xám nâu đen.

Trong lớp đã tiến hành lấy và thí nghiệm 10 mẫu, kết quả được trình bày trong bảng 3.4.

B ng 3 4 – B ng t ng h p ch tiêu c lý l p 3ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 3 ợp chỉ tiêu cơ lý lớp 3 ỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ơ lý của lớp 2 ớp 2

* Môđun tổng biến dạng được tính theo công thức (3.1) với các thông số:

3.2.4 Lớp 4: Cát nhỏ màu xám xanh đen

Lớp đất có phạm vi phân bố rộng, gặp ở tất cả các lỗ khoan, nằm ngay dưới lớp 3 Các lỗ khoan trong đoạn tuyến chưa khoan hết bề dày lớp này Cao độ mặt lớp thay đổi từ -6,99m (LK2) đến - 4,51m (LK4) Thành phần của đất là cát hạt nhỏ, màu xám xanh đen, trạng thái rời xốp đến chặt vừa, bão hoà nước.

Trong lớp đã tiến hành thí nghiệm với 10 mẫu không nguyên dạng, kết quả được trình bày trong bảng 3.5

Bảng 3.5: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 4

STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị

emin 0,67 5 Khối lượng thể tích khi khô gcmax g/cm3 1,31 gcmin g/cm3 1,12

7 Mô đun tổng biến dạng E0 kG/cm2 180

Theo (TCVN 45 -78), ta có:

+ Mô đun tổng biến dạng lớp 4: E0 = 180 kG/cm2;

+ Sức chịu tải quy ước lớp 4: R0 = 2 kG/cm2.

3.3 Đặc điểm địa chất thuỷ văn

Trong quá trình khoan khảo sát, đã quan sát và đo mực nước tĩnh trong hố khoan, mực nước có chiều sâu thay đổi từ 0.7m đến 1.3m, trung bình 1.0m thuộc tầng chứa nước Holoxen Nguồn cung cấp chính là nước mưa và nước mặt thẩm thấu từ trên xuống.Nước có thành phần Bicacbonat Canxi theo TCVN 3994 – 1985, không có khả năng ăn mòn bê tông.

3.4 Các hiện tượng địa chất động lực

Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXD VN 375:2000 khu vực nghiên cứu nằm trong vùng động đất cấp 8 Ngoài ra chưa phát hiện thấy dấu hiệu địa chất động lực nào có thể gây bất lợi cho công trình.

3.5 Vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên

Mỏ cát đắp sông Đáy: mỏ cát này nằm bên trái QL21A tại lý trình

Km161+500 thuộc địa phận xã Phù Vân – thị xã Phủ Lý Trữ lượng của mỏ khoảng 200.000 km3 Vật liệu của mỏ là cát hạt nhỏ màu xám nâu Các chỉ tiêu cơ lý của mỏ đảm bảo chất lượng làm vật liệu đắp nền đường Mỏ được khai thác bằng tàu hút từ bãi ngầm dưới lòng sông Đáy Và có thể vận chuyển bằng đường sông, để tập kết gần đúng vị trí xây dựng.

Mỏ cát đắp Nguyên Lý: Bãi cát nằm ngoài bãi sông Hồng thuộc địa phận thôn Trần Xá- xã Nguyên Lý- huyện Lý Nhân- Hà Nam Hiện tại bãi được giao cho ông Đặng Xuân Phương quản lý và khai thác Nguồn cung cấp của bãi cát được hút

trực tiếp từ sông Hồng lên tập kết tại bãi Hiện tại khả năng cung cấp của bãi khoảng từ 3000 - 4000m3/ ngày Trữ lượng của mỏ lớn và được khôi phục hàng năm Cát tại bãi có thành phần là cát hạt mịn đạt chất lượng để đắp nền đường, và đang là vật liệu cung cấp cho các công trình xây dựng trong vùng.

3.6 Kết luận và kiến nghị

Từ kết quả đánh giá điều kiện địa chất công trình, có thể nhận thấy :

Nền đường thuộc loại phải đắp Cấu trúc nền đường tương đối đồng nhất, gồm 4 lớp Trong đó có lớp 1 là lớp đất đắp có thành phần không đồng nhất, chiều dày mỏng, đề nghị bóc bỏ khi thi công Đáng lưu ý là lớp đất yếu _ lớp 3 (bùn sét pha) có chiều dày trung bình khoảng khoảng 6m, cần phải thiết kế xử lý trước khi tiến hành đắp nền đường Ngay dưới lớp đất yếu là các lớp cát hạt nhỏ trạng thái rời xốp đến chặt vừa có sức chịu tải tương đối tốt.

Về thiết kế, thi công, xây dựng công trình :

Từ các đặc điểm địa hình và địa tầng cho thấy việc xây dựng công trình là tương đối thuận lợi do địa hình khá bằng phẳng, giao thông thuận tiện Tuy nhiên, do có mặt các lớp đất yếu khá dày và lại nằm gần mặt đất thiên nhiên nên để đảm bảo cho nền đất đắp ổn định cần phải tiến hành xử lý nền đất yếu

Đoạn tuyến từ Km 21+000 – Km 21+900 thuộc tuyến đường ĐT499 đoạn nối từ đường cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình đến đê sông Hồng là tuyến đường cấp I đồng bằng, thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 4054 – 2005 và TCXD 104 – 2007 với các + Cao độ mặt đường thiết kế + 4,5m

+ Đất đắp đường là đất cát hạt nhỏ với: Khối lượng thể tích  = 1,85 t/m3

Lực dính kết c = 0 Góc masat trong  = 270

Theo 22TCN 262 – 2000, yêu cầu đối với thiết kế xử lý nền đất yếu như sau:

- Nền đường trước khi thi công mặt đường, lượng lún cố kết còn lại được quy định: +  10 cm với vị trí gần mố cầu;

+  20 cm với chỗ có cống hoặc đường dân sinh chui dưới; +  30 cm với các đoạn nền đắp thông thường.

- Độ cố kết trong phạm vi có xử lý nền không nhỏ hơn 90%, hoặc tốc độ lún còn lại nhỏ hơn hoặc bằng 2 cm/năm;

- Hệ số ổn định trượt cục bộ Kmin = 1,2 khi sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh ngoài hiện trường, Kmin = 1,1 khi sử dụng kết quả nén nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm.

* Tổng tải trọng tác dụng tại tim đường:

Ptt = Pd + P ht ; (T/m2) (4.1) Trong đó:

Pd – tải trọng đất đắp, Pd = H.d;

Pht – tải trọng do phương tiện giao thông gây ra.

Tải trọng xe cộ được xem là tải trọng của số xe nặng tối đa cùng một lúc có thể đổ kín khắp bề rộng nền đường, phân bố đều trên 1 m chiều dài đường.

Theo tiêu chuẩn khảo sát đường ô tô 22TCN262 – 2000, tải trọng này được xác định theo công thức sau:

Pht = nGBl ; (T/m2) (4.2) G – trọng lượng 1 xe ( nặng nhất), G = 30 tấn;

d – khối lượng thể tích đất đắp nền d = 1.85 (t/m3);

n – số xe tối đa có thể xếp trên phạm vi bề rộng nền đường, n = 4;

l – phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc, l = 6,6 m với G = 30T ; B – bề rộng phân bố ngang của các xe (m), được xác định theo công thức:

B = nb + (n – 1)d + 2e (4.3)

n: số xe tối đa có thể xếp trên phạm vi bề rộng nền đường, n = 4; b : Bề rộng xe ôtô (m) là khoảng cách giữa hai tâm bánh xe, b = 1,8m; d : Khoảng cách tối thiểu giữa các xe (m), d = 1,3m;

4.2 Đánh giá và dự báo các vấn đề địa chất công trình

Như đã đánh giá ở trên nền đoạn tuyến khảo sát có lớp đất yếu (lớp bùn sét)

khá dày Căn cứ vào tải trọng tác dụng và chiều cao nền đường đắp ta thấy, khi xây dựng và sử dụng công trình, có thể phát sinh một số vấn đề địa chất công trình sau:

- Mất ổn định do lún trồi;

- Mất ổn định do trượt cục bộ; - Vấn đề biến dạng lún của nền đất.

Để có kết quả đánh giá cụ thể các vấn đề địa chất công trình trên, tôi tiến hành tính toán ổn định cường độ và độ lún của nền đường đắp trên các đoạn có cấu trúc thay đổi, với chiều cao đắp có kể đến tải trọng xe cộ Việc đánh giá cụ thể các vấn đề địa chất công trình được tiến hành trên các mặt cắt điển hình của tuyến Tôi tiến hành lựa chọn mặt cắt tính toán trên nguyên tắc: lựa chọn mặt cắt tại những chỗ đất yếu dày có bề dày lớn nhất và tại những chỗ có chiều cao đắp lớn nhất.

4.3 Các thông số kỹ thuật của mặt cắt được chọn 4.3.1 Mặt cắt ngang tại Km 21 + 182.50

Đây là mặt cắt ngang có bề dày đất đắp lớn nhất Do lớp đất đắp đã được bóc bỏ khi thi công nên cao độ mặt đường tự nhiên là +0,91 m So với cao độ thiết kế là +4,5m thì chiều cao đắp tại mặt cắt là 3,59m.

Địa tầng từ trên xuống gồm các lớp đất

Lớp 2 : Sét màu xám nâu vàng, dẻo mềm dày 0,7m

Lớp 3 : Bùn sét pha màu xám nâu đen dày 6,3m, Cu = 0,124 kG/cm2 = 1,24 T/ m2

Lớp 4: Cát hạt nhỏ màu xám đen, xám ghi trạng thái chặt vừa Các lỗ khoan chưa khoan hết bề dày lớp này.

Chiều cao đất đắp tính toán là:

Htt = H + htd = 3,59 + 0,84 = 4,43 (m)

Với bề rộng mặt đường là 24m, chiều cao đất đắp là 4,43m ( tính cả chiều cao đất đắp tương đương gây ra do hoạt động xe cộ ), hệ số mái dốc 1:1,5 thì bề rộng

Hình 4.2 Địa tầng các lớp từ trên xuống tại mặt cắt ngang LK10

Lớp 3: Bùn sét pha màu xám nâu đen dày 8,5m

Lớp 4: Cát hạt nhỏ màu xám xanh đen, xám ghi trạng thái chặt vừa Các lỗ khoan ở đoạn tuyến chưa khoan hết bề dày lớp này.

Chiều cao đất đắp tính toán là:

Htt = H + htd = 3,3 + 0,84 = 4,14 (m)

Với bề rộng mặt đường là 24m, chiều cao đất đắp là 4,14m ( tính cả chiều cao đất đắp tương đương gây ra do hoạt động xe cộ ), hệ số mái dốc 1:1,5 thì bề rộng

-Trong đó lớp 4 là lớp cát hạt nhỏ ở trạng thái rời xốp đến chặt vừa ( e0 = 0,75), bão hoà nước nên khối lượng thể tích tính toán là khối lượng thể tích bão hoà được tính theo công thức:

4.4.1 Kiểm toán ổn định trượt cho nền đất yếu

Khi xây dựng đường đắp trên nền đất yếu có thể xảy ra các vấn đề lún trồi, trượt cục bộ.

4.4.1.1 Kiểm tra ổn định lún trồi

Khi đắp nền đường trên đất yếu, phần giữa nền đường bị lún xuống và đất yếu bị đẩy trồi lên trên ở hai chân mái dốc, gây nên hiện tượng lún trồi (hình 4.2).

Hiện tượng này thường xảy ra khi đất yếu xen kẹp giữa hai lớp đất tốt hơn và phân bố ngay dưới nền đường đắp.

Hình 4.3 – Sơ đồ lún trồi của nền đường đắp trên đất yếu

Tại các mặt cắt tính toán được chọn ở trên, do cấu trúc nền đất đều bao gồm lớp 3_lớp đất yếu ( bùn sét pha ) nằm xen kẹp giữa các lớp đất tốt hơn: khối đất đắp phía trên hoặc lớp đất sét dẻo mềm và cát hạt nhỏ trạng thái chặt vừa ở phía dưới, nên có khả năng xảy ra vấn đề lún trồi Vì vậy, tôi tiến hành kiểm toán lún trồi với cả hai mặt cắt trên.

Để tính toán, tôi sử dụng công thức của J.Mandel: K = qqgh

(4.4) Trong đó:

qgh - áp lực giới hạn của nền đất yếu;

q – ứng suất do nền đường đắp gây ra ở tim đường;

Trường hợp nền đường có chiều rộng nhỏ so với chiều dày lớp đất yếu (B/H < 1.49), có thể áp dụng tính qgh theo công thức sau :

qgh= ( + 2).Cu ;

Trường hợp nền đường có chiều rộng lớn hơn so với chiều dày lớp đất yếu (B/H > 1.49), có thể áp dụng tính qgh theo công thức sau :

qgh = Nc Cu ; Trong các công thức trên:

Cu: lực dính kết không thoát nước của đất yếu, ở đây Cu được lấy trung bình của các lớp đất yếu dưới nền đường, theo trạng thái giới hạn II;

Nc: hệ số thay đổi theo tỷ số B/H tra theo toán đồ Pilot-Moreau (TCXD 245: 2000 );

H – chiều dày tầng đất yếu;

B – chiều rộng nền đường đắp (tính trung bình giữa mặt và đáy nền đường); Hd - chiều cao lớp đất đắp;

đ - khối lượng thể tích của lớp đất đắp nền đường; Nếu hệ số an toàn K > 1,2 thì nền đường ổn định; Nếu hệ số an toàn K < 1,2 thì nền đường mất ổn định; - Áp lực giới hạn của nền đất yếu:

Chiều rộng trung bình của nền đường là 30,65m

Cu II : lực dính không thoát nước của đất yếu CuII =1,24 (T/m2)

Nc: hệ số chịu tải của nền phụ thuộc vào tỷ số B/H tra theo toán đồ Pilot – Moreau;

Tra theo toán đồ Mandel, được Nc = 6,72; Thay số, được

Tính toán tương tự km 21+182.50 được:

- Ứng suất do nền đường đắp gây ra ở tim đường: q = Pđ + Pht

Theo kết quả tính toán phần 4.1, có: Pht = 1,55 (T/m2)  q = 1,85.3,3 + 1,55 = 7,66 (T/m2) - Áp lực giới hạn của nền đất yếu:

Chiều rộng trung bình của nền đường là 30,21 m

Tra theo toán đồ Mandel, được Nc = 6,01

Lực dính kết không thoát nước của lớp đất yếu_lớp 3 là Cu = 1.24T/m2

Do đó nền đường tại mặt cắt 2 có khả năng xảy ra lún trồi

4.4.1.2 Kiểm tra ổn định trượt cục bộ

Mất ổn định do trượt một bộ phận của nền đắp và một phần của nền đất yếu là hình thức phá hoại thường gặp nhất Dưới tác dụng của tải trọng công trình, trong nền đất phát sinh ứng suất cắt, nếu ứng suất cắt vượt quá độ bền kháng cắt của đất thì sẽ phát sinh trượt cục bộ Hiện tượng này xảy ra trong trường hợp lớp đất yếu nằm trên lớp đất có sức chịu tải cao, biểu hiện được nhận thấy là một phần đoạn đường bị sụt lún tạo thành bậc trượt, đất ở đỉnh nền đường và dưới chân taluy bị đẩy trồi lên (hình 4.4)

Đất đắp

Đất yếu

Hỡnh 4.4 Sơ đồ trượt cục bộ của nền đường đắp trờn đất yếu

Tại cỏc mặt cắt tớnh toỏn đó chọn ở trờn, nhận thấy cấu trỳc nền đất cũng gồm lớp đất yếu_ lớp bựn sột pha nằm trờn lớp cỏt hạt nhỏ trạng thỏi chặt cú sức chịu tải tương đối cao ( R0 = 2 kG/cm2 ) Vỡ vậy, trượt cục bộ cú khả năng xảy ra tại cỏc mặt cắt này Do đú tụi tiến hành kiểm toỏn ổn định trượt cục bộ đối với hai mặt cắt trờn.

Việc tớnh ổn định do trượt được tiến hành theo phương phỏp phõn mảnh cổ điển với giả thiết mặt trượt cú dạng hỡnh trụ trũn ( hỡnh 4.5)

Hỡnh 4.5 – Sơ đồ tớnh ổn định theo phương phỏp phõn mảnh cổ điển.

Theo P.M Goldstein, cú thể xỏc định hệ số an toàn F ứng với cung trượt nguy hiểm nhất theo cụng thức sau:

A, B: là các hệ số tra bảng, phụ thuộc vào góc mái dốc và vị trí mặt trượt; f= tg - hệ số ma sát trong của đất nền tự nhiên;

Cu - lực dính không thoát nước của đất nền tự nhiên; đ - khối lượng thể tích đất đắp;

HR – chiều cao mái đất đắp ( bao gồm chiều cao đất đắp và chiều cao quy đổi từ tải trọng xe cộ);

Khi F < Fgh thì nền đường bị trượt;

Khi F> Fgh thì nền đường không bị trượt; B ng 4.2 - B ng tra h s A, Bảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ệ số A, B ố A, B - Chiều cao đất đắp quy đổi: HR = Hđ + htđ

htđ : là chiều cao đất đắp quy đổi từ tải trọng xe cộ: Theo tính toán ở phần 4.1, có htđ = 0,84 (m)

 HR = 3,59 + 0,84 = 4,43 (m)

Lực dính không thoát nước của đất dưới nền đường (lấy theo kết quả thí nghiệm nén nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm):

Cu = 1,24 (T/m2)

- Hệ số ma sát trong của đất nền ( tính theo trạng thái giới hạn II): f = tguII = tg 0o060 = 1,7.10-3

Tra bảng 4.1 với h = 1,5H, hệ số mái dốc 1: m = 1 : 1,5, được A =5,94 ; B = 5,85 Thay các giá trị vào công thức (4.5) ta có:

Chiều cao đất đắp quy đổi: HR = Hđ + htđ = 3,3 + 0,84 = 4,14 (m);

Lực dính không thoát nước của đất dưới nền đường (lấy theo kết quả thí nghiệm nén nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm):

CuII = 1,24 (T/m2)

- Hệ số ma sát trong của đất nền ( tính theo trạng thái giới hạn II): f = tguII = tg 0o060 = 1,7.10-3

Tra bảng 4.1 với h = 1,5H, hệ số mái dốc 1: m = 1 : 1,5, được A =5,94 ; B = 5,85 Thay các giá trị vào công thức (4.5) ta có:

Vậy nền đường tại mặt cắt 2 có nguy cơ xảy ra hiện tượng trượt cục bộ.

4.3.2 Kiểm toán lún nền thiên nhiên dưới nền đường đắp

Độ lún của nền đường đắp trên nền đất yếu là độ lún của toàn bộ nền đường

sau khi kết thúc lún dưới tác dụng của tải trọng, gồm độ lún của bản thân nền đắp và độ lún của nền đất yếu dưới nền đắp Ở đây không xét tới độ lún của bản thân nền đường đắp, xem như khi đắp đã được đầm chặt tốt Vì vậy, việc tính lún trở thành việc tính độ lún tổng cộng của nền đất yếu dưới nền đất đắp.

Độ lún tổng cộng gồm có độ lún tức thời và độ lún cố kết, trong đó độ lún cố kết thường có giá trị lớn nhất.

 Tính độ lún tức thời:

Độ lún tức thời được tính toán với giả thiết là không có sự thoát nước ra khỏi đất và xảy ra với thể tích không đổi

a’: Khoảng cách lề đường đến tim đường;

a : Khoảng cách tâm của chân mái đốc đến tim đường; x: Toạ độ ngang của vùng tính lún đến tim đường; h : chiều dày của nền đất yếu;

E: môđun tổng biến dạng của đất yếu;

 : Khối lượng thể tích đất đắp ,  = 1,85 T/m3;

Để tính lún cố kết ổn định, ở đây sử dụng phương pháp phân tầng lấy tổng - Trong đó, theo TCN 262 2000 độ lún của phần đất yếu, tính theo chỉ số nén lún, tuỳ từng trường hợp mà tính theo các công thức sau:

Đối với đất cố kết bình thường và chưa cố kết:

 - ứng suất phụ thêm do tải trọng đất đắp gây ra ở lớp i (xác định các giá trị áp lực này tương ứng với độ sâu z ở chính giữa lớp đất yếu i);

c - áp lực tiền cố kết;

- Độ lún của các lớp đất tốt bên dưới lớp đất yếu, do không tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu Cu, tgu, nên được tính theo công thức:

hi – chiều dày lớp phân tố thứ i;

i – ứng suất phụ thêm ở giữa lớp thứ i, tính bằng trung bình cộng giữa ứng suất phụ thêm ở đỉnh và ở đáy lớp phân tố thứ i;

i- hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại đất lớp phân tố thứ i; Ei- mô đun tổng biến dạng của đất lớp phân tố thứ i; Áp lực bản thân của đất tại các điểm đáy lớp được tính theo công thức:

Độ lún S được tính đến lớp phân tố cuối cùng nằm trong vùng hoạt động nén ép Vùng hoạt động nén ép được xác định đến độ sâu mà tại đó 0,2 bt ≥ gl

Để đơn giản trong việc tính toán, tải trọng đất đắp tác dụng lên nền đường được quy về tải trọng hình chữ nhật với chiều rộng trung bình.

Trong phạm vi chiều sâu lỗ khoan, phân chia nền đất thành các phân lớp nhỏ:

Lớp 2: có bề dày 0,7m được chia thành 1 lớp phân tố có bề dày 0,7m; Lớp 3: có bề dày tổng cộng 6,3m, được chia thành 7 lớp phân tố, trong đó có 6 lớp phân tố có bề dày từ 1m và 1 phân tố có bề dày 0,3m;

Lớp 4: có bề dày tổng cộng 7m, được chia thành 7 lớp phân tố, mỗi lớp phân tố có bề dày từ 1m

Với lớp bùn sét pha, khối lượng thể tích được lấy để tính toán là khối lượng thể tích tự nhiên của đất, còn lớp cát hạt nhỏ khối lượng thể tích được lấy để tính toán là khối lượng thể tích bão hoà.

Việc phân chia lớp và kết quả tính ứng suất được trình bày trong bảng 4.2

B ng 4.3- B ng tính ng su t t i tim dảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ứng suất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ướp 2 ền đất tại mặt cắt km 21+182.50 đất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50i n n t t i m t c t km 21+182.50ặt cắt km 21+182.50 ắt km 21+182.50

+ Từ kết quả tính ứng suất, vẽ được biểu đồ ứng suất dưới tim nền đường tại mặt

Hình 4.7 Biểu đồ phân bố ứng suất dưới tim nền đường tại mặt cắt Km21+182.50

+ Xác định chiều dày vùng hoạt động nén ép:

Tại độ sâu 17,5m có z= 6,36 (T/m2); bt= 32,07 (T/m2) thỏa mãn điều kiện z < 0,2bt nên chiều dày vùng hoạt động nén ép là 17,5m.

+ Tính độ lún cố kết của đất nền:

Độ lún của đất nền được tính đến hết vùng hoạt động nén ép; Với: Lớp 1_lớp sét dẻo mềm được tính lún theo công thức (4.10); Lớp 4_lớp cát hạt nhỏ được tính lún theo công thức (4.11);

Lớp 3_lớp bùn sét pha với 5 phân tố đầu (bt < c và bt + z > c) được tính lún theo công thức (4.9); 2 phân tố sau (bt >  c)tính lún theo công thức (4.7).

Bảng tính giá trị độ lún cố kết của của đất nền tại mặt cắt như sau:

B ng 4.4 B ng tính ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 độ lún cố kết tim dưới nền đường tại mặt cắt km lún c k t tim dố A, B ết tim dưới nền đường tại mặt cắt km ướp 2i n n ền đất tại mặt cắt km 21+182.50 đường tại mặt cắt kmng t i m t c t kmại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ặt cắt km 21+182.50 ắt km 21+182.50

Ứng suất phụ thêm tại các điểm tại đáy lớp được tính theo công thức

Lớp 3: có bề dày tổng cộng 8,5m, được chia thành 9 lớp phân tố, trong đó có 8 lớp phân tố có bề dày 1m và 1 phân tố có bề dày 0,5m;

Lớp 4: có bề dày tổng cộng 6,5m, được chia thành 7 lớp phân tố, có 6 phân tố có bề dày 1m và 1 phân tố dày 0,5m;

Với lớp bùn sét pha, khối lượng thể tích được lấy để tính toán là khối lượng thể tích tự nhiên của đất, còn lớp cát hạt nhỏ khối lượng thể tích được lấy để tính toán là khối lượng thể tích bão hoà.

Việc phân chia lớp và kết quả tính ứng suất được trình bày trong bảng 4.2

B ng 4.5- B ng tính ng su t t i tim dảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 ứng suất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ướp 2 ền đất tại mặt cắt km 21+182.50 đất tại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50 ại tim dưới nền đất tại mặt cắt km 21+182.50i n n t t i m t c t km 21+900ặt cắt km 21+182.50 ắt km 21+182.50 Lớp Điểmtính Độ sâu(m) y/b z/b Ko z (T/m2) bt (T/