Xác định độ tăng sức kháng cắt của nền đất yếu trong quá trình đắp nền

1. Như ta đã biết trong cơ học đất, độ tăng sức kháng cắt của nền đất yếu trong quá trình đắp nền đường được xác định theo biểu thức:

Trong đó c₀ là sức kháng cắt ban đầu (xác định từ thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước); s_z là ứng suất thẳng đứng do tải trọng đắp gây ra; U_t là độ cố kết mà đất nền đạt được tính từ mốc “0” (khi bắt đầu xảy ra hiện tượng cố kết) tới thời điểm đang xét “t”.

Với trường hợp đắp nền đường theo một giai đoạn thì việc áp dụng công thức (1) là hoàn toàn sáng tỏ. Tuy nhiên, với trường hợp đắp nền đường theo nhiều giai đoạn, vừa đắp nền vừa chờ cố kết, thì vấn đề không còn đơn giản nữa, đặc biệt từ giai đoạn đắp nền thứ II trở đi. Cụ thể là: khi kết thúc giai đoạn đắp nền đường thứ I, nền đất yếu đã đạt được độ cố kết U₁, và sức kháng cắt c₁; trong giai đoạn đắp nền đường thứ II, đất nền vẫn còn phải chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp nền giai đoạn I, đồng thời còn chịu thêm ảnh hưởng của tải trọng đắp trong giai đoạn II (hình 1). Như vậy:

• Việc tính độ cố kết U₂ trong giai đoạn II sẽ phải tính từ mốc thời gian nào? Từ mốc “0” hay từ t₁?
• Tương tự, việc xác định sức kháng cắt c₂ trong nền đất yếu được tính theo c₀ hay c₁

Hiện tại, Quy trình 22TCN262-2000 chưa có các hướng dẫn cụ thể cho người thiết kế trong trường hợp này, do vậy đang còn tồn tại nhiều phương pháp tính toán khác nhau và chưa có sự thống nhất chung. Sau đây ta hãy tìm hiểu một trong số các phương pháp đó.

2. Xét trường hợp đắp nền theo hai giai đoạn (hình 1). Xuất phát từ công thức xác định độ cố kết ta có:

Trong đó S_t là độ lún tại thời điểm đang xét “t”; S_tổng là độ lún tổng cộng do tải trọng (P₁+P₂) tác dụng đột ngột vào nền đất gây ra (tức là tải trọng của toàn bộ nền đắp trong hai giai đoạn). Như vậy nếu coi toàn bộ nền đắp gồm hai thành phần tải trọng P₁ và P₂ cùng tác dụng vào nền đất (một cách đột ngột) thì có thể coi S_tổng gồm hai thành phần độ lún là:

 Độ lún do tải trọng P₁ (đột ngột tác dụng vào nền) gây ra;

Sau khi đã đặt tải trọng P₁ trong thời gian t₁, tiếp tục tác dụng thêm vào nền đất tải trọng P₂. Độ lún do tải trọng P₂ gây ra là:

Với cách giả thiết nêu trên, ta có thể tính và  theo các phương pháp tính lún thông thường. Còn phần độ lún do tải trọng P₂ gây ra sẽ là:

Xét tại thời điểm t₂, tải trọng P₁ đã tác dụng vào nền đất trong thời gian t₂ (ngày) tính từ mốc “0”. Vậy độ lún theo thời gian do tải trọng P₁ gây ra là:

Trong đó  là độ cố kết nền đất đạt được tính từ “0” đến t₂.

Tương tự trên, tới thời điểm t₂ tải trọng P₂ đã tác dụng vào nền đất trong thời gian (t₂-t₁) ngày, do đó độ lún theo thời gian do tải trọng P₂ gây ra là:

Trong đó  là độ cố kết nền đất đạt được tính từ t₁ đến t₂.

Tổng hợp các công thức (2), (4) và (5) ta có:

Thay công thức (6) vào (1) ta tính được sức kháng cắt của nền đất tại thời điểm t_2.

Phương pháp tính nêu trên tỏ ra khá chính xác (về mặt lý thuyết). Nó đã xét được ảnh hưởng của các giai đoạn đắp nền tới độ cố kết và sức kháng cắt của nền đất. Chú ý rằng, việc sử dụng công thức (1) và (6) không những cho phép ta xác định độ tăng sức kháng cắt theo chiều sâu mà còn cho phép ta xác định được độ tăng sức kháng cắt theo chiều ngang (khi đó ta cần tính toán với độ lún tại các trục không phải tại tim đường). Điều này sẽ giúp cho việc xác định sức kháng cắt tại bề mặt cung trượt khi tiến hành kiểm tra ổn định chống trượt nền đường theo phương pháp phân mảnh cung trượt trụ tròn được chính xác hơn (Hình 2).

Tuy nhiên, các chương trình tin học tính toán kiểm tra ổn định nền đường theo phương pháp phân mảnh đang được sử dụng phổ biến hiện nay vẫn chưa tích hợp chức năng dự báo độ tăng sức kháng cắt của đất nền trong quá trình cố kết. Hy vọng, trong thời gian tới sẽ có được một phần mềm “trọn gói”, bổ sung nhiều chức năng hữu ích cho người sử dụng theo hướng này./.

Ths. Lê Đức Hòa 
Công ty TNHH Tư vấn Đại học Xây dựng

FacebookTwitterLinkedInGoogle +Email