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

Bài viết liên quan:     Sức chịu tải cọc đứng theo TCXDVN 205-1998 và lưu ý trong thiết kế     Ưu nhược điểm của một số phương pháp tính toán ổn định mái dốc hiện nay     Ổn định hố đào theo phân tích của BJERRUM AND EIDE (1956)     Hiệu ứng nhóm cọc     Một số vấn đề tồn tại trong các tiêu chuẩn về xử lý nền đất yếu     Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa kỹ thuật     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:              (1) Trong đó c0 là sức kháng cắt ban đầu (xác định từ thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước); sz là ứng suất thẳng đứng do tải trọng đắp gây ra; Ut 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:         (2) Trong đó St là độ lún tại thời điểm đang xét "t"; Stổng 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 Stổng 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:           (3) 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:             (4) 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:            (5) 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:            (6) Thay công thức (6) vào (1) ta tính được sức kháng cắt của nền đất tại thời điểm t2. 3. 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).   Hình 2: Độ tăng sức kháng cắt không đều nhau tại bề mặt phân mảnh trong phạm vi nền đường 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 tư vấn Đại học Xây dựng)