Bài giảng Nền Móng 58 | Page Bài giảng ĐC CHĐ NM MỤC LỤC Phần 1 PHẦN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 3 Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 3 1 1 Địa chất công trình và nhiệm vụ của nó 3 1 1 1 Định nghĩa 3 1 1.
Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM MỤC LỤC Phần: PHẦN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Chương: GIỚI THIỆU ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH .3 1.1 Địa chất cơng trình nhiệm vụ 1.1.1 Định nghĩa: .3 1.1.2 Nhiệm vụ địa chất cơng trình: 1.2 Nội dung Địa chất cơng trình 1.3 Phương pháp nghiên cứu địa chất cơng trình 1.3.1 Phương pháp địa chất học .4 1.3.2 Phương pháp tính tốn lý thuyết .4 1.3.3 Phương pháp thí nghiệm mơ hình tương tự địa chất Chương: ĐẤT ĐÁ 2.1 Vỏ đất tượng địa chất diễn 2.1.1 Cấu trúc bên Trái đất 2.1.2 Các tượng địa chất xảy TĐ .5 2.2 Đá macma .6 2.2.1 Nguồn gốc đá macma .6 2.2.2 Thế nằm đá macma 2.3 Đá trầm tích 2.3.1 Nguồn gốc đá trầm tích 2.3.2 Thế nằm đá trầm tích 2.4 Đá biến chất 2.4.1 Nguồn gốc đá biến chất 2.4.2 Thế nằm đá biến chất .7 Phần: PHẦN CƠ HỌC ĐẤT Chương: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.1 Các pha tạo thành đất: 1.1.1 Pha rắn 1.1.2 Pha lỏng 1.1.3 Pha khí 10 1.2 Các tiêu vật lí đất .10 1.2.1 Các mơ hình đất 10 1.2.2 Xác định tiêu vật lý đất 11 1.3 Phân loại đất 13 1.4 Các trạng thái đất 14 1.4.1 Đất rời (đất cát) .14 1.4.2 Đất dính (Á cát, sét, sét, …) 15 1.5 Bài tập chương 1: 16 Chương: PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT 19 2.1 Khái niệm .19 2.2 Ứng suất trọng lượng thân đất gây 19 2.2.1 Nền đồng .19 2.2.2 Nền nhiều lớp 20 2.2.3 Trường hợp đất có mực nước ngầm .20 2.3 Ứng suất tải trọng 20 2.3.1 Bài tốn khơng gian 20 2.3.2 Bài toán phẳng 23 2.4 Bài tập: 25 Chương: BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN .28 3.1 Khái niệm .28 3.2 Biến dạng đất 28 3.3 Các đặc trưng biến dạng: 29 Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM 3.3.1 Định luật nén lún 29 3.3.2 Hệ số nén lún 29 3.4 Tính tốn độ lún ổn định móng cơng trình .31 Chương: SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT 33 4.1 Khái niệm .33 4.2 Sức chống cắt đất 33 4.2.1 Thuyết bền theo Coulomb .33 4.2.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định sức chống cắt đất 33 4.3 Sức chịu tải đất .34 4.3.1 Các dạng phá hoại đất 34 4.3.2 Xác định tải trọng giới hạn PIIgh 35 Chương: 37 Chương: ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT 38 6.1 Khái niệm .38 6.1.1 Mục đích .38 6.1.2 Cấu tạo loại tường chắn 38 6.1.3 Phân loại tường chắn 38 6.1.4 Áp lực đất điều kiện gây áp lực đất .39 6.2 Xác định áp lực ngang đất lên tường chắn 39 6.2.1 Áp lực tĩnh đất lên tường chắn .39 6.2.2 Áp lực chủ động Ea .39 6.2.3 Áp lực đất bị động 39 6.2.4 Một số trường hợp ý: .39 Phần: NỀN MÓNG 40 Chương: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TRONG TK NỀN MÓNG 40 1.1 Những khái niệm bản: .40 1.2 Phân loại Nền: 40 1.3 Phân loại móng .40 1.4 Các tài liệu cần thiết để thiết kế móng: 41 1.4.1 Các số liệu địa chất cơng trình địa chất thủy văn: .41 1.4.2 Các số liệu cơng trình tải trọng 41 1.4.3 Trình tự thiết kế: 41 Chương: MĨNG NƠNG 42 2.1 Định nghĩa – phạm vị áp dụng .42 2.2 Các loại móng nơng: 42 2.3 Móng băng 43 2.3.1 Móng băng tường chịu lực 43 2.3.2 Móng băng cột: .43 2.4 Móng bè .44 Chương: MÓNG CỌC 45 3.1 Tổng quan móng cọc .45 3.1.1 Khái niệm: .45 3.1.2 Phân loại – cấu tạo cọc 45 Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM Phần: PHẦN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Chương: GIỚI THIỆU ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH 1.1 Địa chất cơng trình nhiệm vụ 1.1.1 Định nghĩa: Địa chất cơng trình mơn học nghiên cứu điều kiện địa chất để xây dựng cơng trình khác đưa vào sử dụng có hiệu ổn định Các điều kiện ĐCCT ◦ Điều kiện địa mạo ◦ Điều kiện cấu trúc địa chất ◦ Điều kiện tác động địa chất ◦ Điều kiện địa chất thủy văn ◦ Điều kiện vật liệu xây dựng 1.1.2 Nhiệm vụ địa chất công trình: Xác định điều kiện địa chất khu vực xây dựng, so sánh, lựa chọn vị trí thích hợp cho cơng trình Nêu lên điều kiện thi cơng, dự đốn tượng địa chất xảy thi cơng hay sử dụng cơng trình Đề biện pháp phòng ngừa cải tạo điều kiện địa chất khơng có lợi cho cơng trình Cho biết khả cung cấp vật liệu xây dựng địa phương phục vụ cho xây dựng công trình 1.2 Nội dung Địa chất cơng trình Địa chất cơng trình nghiên cứu vấn đề sau: ◦ Nghiên cứu đất đá làm thiên nhiên, môi trường vật liệu xây dựng cho công trình ◦ Nghiên cứu hoạt động địa chất đại (hiện tượng trượt đất, đất chảy, xói mịn, cactơ, phong hóa…) ,tìm hiểu ngun nhân phát sinh điều kiện phát triển để đề biện pháp xử lý xây dựng, sử dụng khai thác công trình ◦ Nghiên cứu nước đất để khắc phục khó khăn nước gây thiết kế thi cơng cơng trình ◦ Nghiên cứu phương pháp khảo sát ĐCCT ◦ Nghiên cứu địa chất cơng trình xây dựng để lập quy hoạch khu vực xây dựng cơng trình khác dân dụng cơng nghiệp, cầu dường, cơng trình thủy lợi… Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM Chương: ĐẤT ĐÁ 2.1 Vỏ đất tượng địa chất diễn 2.1.1 Cấu trúc bên Trái đất Quả đất có hình cầu, xích đạo phình ra, cực dẹt đi, tốc độ quay đất quanh trục bắc-nam lớn Bề mặt đất lồi lõm bất thường, nơi nhô lên tạo thành dãy núi, nơi lõm sâu tạo thành đại dương Nơi lồi đỉnh Chomolungma dãy Hymalaya cao 8890m, nơi lõm là hố đại dương Marian sâu khoảng 11.034m ◦ Khí Trái Đất: lớp chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất giữ lại lực hấp dẫn Trái Đất ◦ Thủy quyển: bao gồm biển, đại dương, hồ, sơng suối, chiếm ¾ bề mặt đất Ngồi cịn nước lỗ rỗng khe nứt đất đá – nước đất ◦ Vỏ Trái đất chia thành đồng tâm Quyển đất đất đá, hay cịn gọi vỏ đất, có bề dày trung bình khoảng 35km Ở chủ yếu đá macma đến đá biến chất, đá trầm tích Vỏ TĐ chiếm khoảng 1% thể tích 0.5% khối lượng TĐ Bề dày vỏ đất thay đổi sau: ◦ Ở đáy đại dương: vỏ đất có bề dày từ 8-10km ◦ Ở vùng đồng bằng: vỏ đất có bề dày thay đổi từ 30-40km ◦ Ở vùng núi cao: vỏ đất có bề dày thay đổi từ 55-75km Dưới manti phân bố từ lớp vỏ đến độ sâu 2900km Quyển chiếm 83% thể tích 67% khối lượng TĐ.Quyển manti thể rắn, vật chất dạng hợp chất oxit silic, oxit mangan oxit sắt Manti phân loại sau: ◦ Manti trên: phân bố từ lớp vỏ đất đến độ sâu 800km, nguồn nhiệt lớn bên vỏ đất lượng nguyên tố phóng xạ phân hủy lớn ◦ Manti dưới: phân bố độ sâu từ 800-2900km, lớp vật chất phân bố sâu trạng thái nén chặt nên có nhiệt độ cao (2800-38000C) áp lực lớn (100.000-1.300.000at) ◦ Nhân đất nằm trung tâm có độ sâu 2900km Nhân đất cấu tạo chủ yếu từ hợp chất sắt niken Áp suất trung tâm đất cao (từ 3,5triệu at) nhiệt độ lớn (40000C) Hiện nay, người ta chưa có nghiên cứu xác nhân đất vỏ : dày 8-10km : đáy đại dương 30-40km : đồng 55-75km : vùng núi manti : từ vỏ đến độ sâu 2900km nhân : 2900-6370km 2.1.2 Các tượng địa chất xảy TĐ Hiện tượng mắcma: tượng khối dung nham nóng chảy sâu lịng đất theo khe nứt dâng lên xâm nhập vào phần vỏ trái đất hay phun trào lên mặt đất Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM Hiện tượng kiến tạo: tượng xảy nội động lực phát sinh vỏ trái đất làm thay đổi cấu trúc lớp đất đá cấu tạo nên vỏ trái đất, tách vỏ trái đất thành nhiều mảng mảng tương tác với để tạo nên dạng địa hình trái đất Hiện tượng xâm thực: hoạt động địa chất - địa lí ngoại sinh làm phần hay toàn đất đá bề mặt, dẫn tới hạ thấp địa hình Hiện tượng trầm tích: phá huỷ học hoá học đá tác dụng nhân tố khác mặt phần vỏ TĐ tạo sản phẩm phá huỷ Sản phẩm gió, nước, băng hà mang tích đọng lại biển, hồ phần lắng đọng đường vận chuyển gọi tượng trầm tích 2.2 Đá macma 2.2.1 Nguồn gốc đá macma Đá macma hình thành nguội lạnh kết tinh từ dung dịch nóng chảy macma Nếu nguội lạnh xảy đất tạo đá macma xâm nhập Nếu dòng chảy trào lên mặt đất gọi dung nham, sau nguội lạnh mặt đất tạo đá macma phun trào 2.2.2 Thế nằm đá macma Thế nằm đá cho biết hình dạng, kích thước tư khối đá không gian mối quan hệ khối đá với Các dạng nằm đá macma xâm nhập Dạng nền: khối đá có hình dạng khơng có qui tắc kích thước rộng lớn, diện tích phân bố từ hàng trăm đến hàng ngàn km giới hạn thường không xác định Đá vây quanh tiếp xúc với dạng có đăc trưng khơng bị biến đổi nằm Dạng nấm: khối đá macma có hình nấm thấu kính dày, diện tích phân bố rộng khoảng vài chục km2, đá vây quanh phía bị uốn nếp theo hình dạng nấm Dạng lớp: để khối đá hình thành khe nứt đá có độ dày nhỏ, thường từ vài đến vài chục mét phạm vi phân bố rộng lớn, tới vài trăm mét Dạng mạch: hình thành macma xâm nhập lấp đầy khe nứt mặt tầng đá Bề dày thay đổi từ vài centim ét đến vài chục mét Đá dạng mạch có nhiều nhánh, chỗ tiếp xúc với đá vây quanh thường có khe nứt làm tăng tính thấm nước đất đá Các dạng nằm đá macma phun trào Dạng lớp phủ: dạng đá phun trào diện tích rộng tới hàng ngàn km 2, thường hình thành dung nham trào lên mặt đất theo khe nứt kéo dài vỏ trái đất trào dung nham thàh nhiều đợt tạo lớp phủ làm nhiều tầng với bề dày lớn Dạng dịng chảy: hình thành macma trào lên qua miệng núi lửa lấp đầy khe nứt khe rãnh thung lũng Đặc trưng chiều dài lớn nhiều so với chiều rộng tùy thuộc vào độ nhớt dung nham hình dạng thung lũng 2.3 Đá trầm tích 2.3.1 Nguồn gốc đá trầm tích Đá trầm tích thể địa chất phát sinh bề mặt đất, thành tạo từ sản phẩm phong hóa, trải qua q trình tích tụ lâu dài, phức tạp, chịu nhiều ảnh hưởng yếu tố ngoại nội động lực mơi trường nước mơi trường khơng khí Q trình hình thành vật liệu trầm tích: bao gồm hình thức ◦ Phá hủy học: tác dụng chênh lệch nhiệt độ, q trình bào mịn xâm thực làm cho đá bị vỡ vụn có đặc điểm khơng biến đổi thành phần hóa học khống vật Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM ◦ Phá hủy sinh hóa: đá biến đổi thành hạt, phần nhỏ bị phá hủy học thành phần hóa hcọ bị biến đổi, hình thcứ phá hủy thường tác dụng hóa học nước H2O, cacbonic CO2, oxi hay axit hữu 2.3.2 Thế nằm đá trầm tích Thế nằm ngang lớp: nằm ban đầu đá trầm tích nằm ngang Thế nằm ngang thường gặp lớp đá hình thành miền tức miền mà chuyển động kiến tạo vỏ TĐ yếu lớp đá trầm tích trẻ lớp đá chưa trải qua chuyển động kiến tạo đáng kể Thế nằm nghiêng lớp đá trầm tích nằm ngun sinh tức nằm nghiêng hình thành với q trình trầm tích Do lớp nằm nghiêng theo bề mặt địa hình nghiêng sẵn nơi trầm tích, lớp trầm tích hình thành đồng thời với trình nâng lên hạ xuống đáy trầm tích Các yếu tố xác định nằm nghiêng ◦ Đường phương: đường giao tuyến mặt phẳng nằm ngang bề mặt lớp đá, bề mặt nằm ngang bề mặt tưởng tượng Do có nhiều mặt nằm ngang nên có vơ số đường phương song song với cao độ khác ◦ Góc phương vị đường phương: góc hợp phương Bắc cảu im địa từ đường phương theo thuận chiếu kim đồng hồ (hình vẽ) ◦ Đường dốc: đường thẳng nằm bề mặt lớp đá vng góc với đường phương có chiều hướng phía chân dốc lớp đá ◦ Đường hướng dốc: hình chiếu đường dốc lên mặt phẳng nằm ngang xác định góc phương vị hướng dốc ◦ Góc phương vị hướng dốc (hd): góc hợp hướng Bắc kim địa từ hương 1dốc theo chiều thuận kim đồng hồ ◦ Góc dốc: góc hợp đường dốc hướng dốc 2.4 Đá biến chất 2.4.1 Nguồn gốc đá biến chất Đá biến chất hình thành từ biến tính đá mácma, đá trầm tích, chí từ đá biến chất trẻ, tác động áp lực, áp suất cao chất có hoạt tính hố học (nước axit cacbonic) Dưới tác động tác nhân biến chất, thành phần đá tái kết tinh trạng thái rắn xếp lại Tác dụng biến chất khơng cải biến cấu trúc đá mà làm thay đổi thành phần khống vật 2.4.2 Thế nằm đá biến chất Đá biến chất có dạng nằm giống với đá ban đầu tạo nên (dạng lớp đá trầm tích, dạng nấm, dạng mạch đá macma…) Đá biến chất tiếp xúc có dạng nằm riêng, thường dạng vành đai có múc độ biến chất khác bao quanh khối mac ma gây biến chất Do gây khơng đồng tính chất vật lý học Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM Phần: PHẦN CƠ HỌC ĐẤT Chương: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.1 Các pha tạo thành đất: Đất loại vật thể rời, phân tán, không liên tục Ở trạng thái tự nhiên đất hệ thống phức tạp bao gồm hạt khoáng vật bé có kích thước khác hợp thành Các hạt tạo thành khung kết cấu có nhiều lổ rỗng, chứa nước khí Có thể xem đất gồm thể (3 pha) tạo thành: - Pha rắn: Hạt đất - Pha lỏng: Nước đất - Pha khí: Khí đất Khí Nước Hạt rắn Các pha trạng thái tự nhiên Mơ hình pha mẫu đất Figure 1- Mẫu đất tự nhiên mơ hình pha 1.1.1 Pha rắn - Chiếm phần lớn thể tích đất, ảnh hưởng đến tính chất cơ-lí đất - Bao gồm hạt khống vật (hạt đất) có kích thước từ vài cm đến vài phần 100 hay vài/1000 mm Tính chất đất phụ thuộc vào: + Độ lớn + Hình dạng + Thành phần khống chúng Kích thước Kích thước cở hạt đất phân làm cở hạt chính: Hạt thơ hạt mịn Table 1-1 Phân loại kích thước hạt đất Mơ tả Sỏi, sạn Hạt thô Cát Bụi (Silt) Hạt mịn Đường kính (mm) 60 – 20 20 – 6,0 6,0 – 2,0 2,0 – 0,6 0,6 – 0,2 0,2 – 0,05 0,05 – 0,02 0,02 – 0,005 0,005 – 0,002 < 0,002 Thô Trung Mịn Thô Trung Mịn Thô Trung Mịn Sét Cách xác định % nhóm hạt đất Dựa vào đường cấp phối hạt, đường biểu diễn tỉ lệ % nhóm hạt khác đất, có phương pháp để xác định - Phương pháp học hay pp rây sàng: - Phương pháp lắng đọng: Table 1- Kích thước mắt rây Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM Rây khô Rây rửa Cở rây / Số hiệu 4’’ (cở rây) 2’’ 1’’ 3/4 ’’ 1/2 ’’ 3/8’’ # (số hiệu) #6 # 10 # 20 # 40 # 60 # 100 # 200 Đường kính D (mm) 101,6 50,8 25,4 19,1 12,7 9,51 4,76 3,36 2,00 0,84 0,42 0,25 0,149 0,074 - Đường cấp phối hạt biểu diễn biểu đồ nửa logarit với trục hoành logD trục tung % trọng lượng lọt qua rây (rây sàng) hay % trọng lượng mịn (lắng đọng) Từ đường cong cấp phối hạt, ta xác định % nhóm hạt đất Figure 1-2 Đường cong cấp phối hạt 1.1.2 Pha lỏng Xét hạt khoáng vật đơn giản có dạng hình cầu, mang điện tích dương (+) hạt nhân xung quang mang điện tích âm (-) Tiến hành thí nghiệm điện thấm, nước chuyển động cực âm cịn hạt khống vật di chuyển điện cực dương Nước hạt khóang vật Nước hút bám Nước tự Nước màng mỏng Figure 1-3 Các dạng nước hạt khoáng vật Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM 1.1.3 Pha khí Khí hịa tan nước: khơng ảnh hưởng đến tính chất đất Khí khơng hịa tan nước Khí kín: Loại khí tồn lổ rỗng đất, khơng thơng với khí Ảnh hưởng rỏ rệt đến tính biến dạng đất nền, tạo nên tính nén tăng tính đàn hồi đất Khí hở: Thơng với khí quyển, chịu tải trọng khí gây nên độ lún đất Figure 1-4 Các dạng khí đất 1.2 Các tiêu vật lí đất 1.2.1 Các mơ hình đất Để thuận tiện việc xác định tỷ lệ thành phần pha, người ta đưa số mơ hình đất, ba pha tách biệt giữ tỷ lệ chuẩn xác chúng Figure 1- 5: Các mơ hình đất ba pha a) Thể tích rắn đơn vị; b) Khối lượng rắng đơn vị; c) Thể tích tổng đơn vị Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM Figure 1- 6: Mối quan hệ thể tích rỗng thể tích rắn a) Hệ số rỗng; b) Khơ hồn tồn; c) Bảo hòa 1.2.2 Xác định tiêu vật lý đất Để xác định tiêu vật lí, mẫu đất mơ hình pha hình vẽ Q = Qa + Qw + Qs V = Va + Vw + Vs Vv = Va + Vw Figure 1- Sơ đồ pha Q: Trọng lượng tồn mẫu đất Qa : Trọng lượng khí mẫu đất ( 0) Qw : Trọng lượng nước mẫu đất Qs : Trọng lượng hạt rắn mẫu đất V: thể tích tồn mẫu đất Vw: thể tích nước mẫu đất Va: thể tích khí mẫu đất Vs: thể tích hạt rắn mẫu đất Trọng lượng riêng (dung trọng): kí hiệu , đơn vị kN/m3, T/m3, g/cm3 Khối lượng tổng Q Trọng lượng riêng (dung γ= = (1-1) trọng) tự nhiên : thể tíchtổng V Cách xác định : Dùng dao vịng để lấy mẫu, cân trọng lượng mẫu Q, thể tích dao vịng biết V, từ xác định Đất tốt: > 19 kN/m3 Yếu: < 17 kN/m3 Trung bình: = 17 – 19 kN/m Bùn yếu: = 14 – 16 kN/m3 Trọng lượng riêng khô : Là Khối lượng rắn Q d trọng lượng đơn vị thể tích đất (1-2) γd = = thể tích tổng V trạng thái khơ hoàn toàn Trọng lượng riêng hạt: Là trọng Khối lượng hạt Qs γs = = lượng riêng đất trạng thái khơ (1-3) thể tích hạt Vs chặt hoàn toàn Trọng lượng riêng đẩy nổi: Là Q − Qw Qs − V s γ w trọng lượng riêng đất nằm (1-4) γ' = s = V V mực nước ngầm Qw khối lượng nước đất, w trọng lượng riêng (dung trọng) nước - thường lấy w = 10 kN/m3 ’ sử dụng đất có khả bị đẩy Đất bị đẩy loại đất có xu hướng bị nước đẩy lên lực đẩy Acsimet Trang 10 ... TRÌNH Chương: GIỚI THIỆU ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH 1.1 Địa chất cơng trình nhiệm vụ 1.1.1 Định nghĩa: Địa chất cơng trình môn học nghiên cứu điều kiện địa chất để xây dựng cơng trình khác đưa vào sử... kiện địa mạo ◦ Điều kiện cấu trúc địa chất ◦ Điều kiện tác động địa chất ◦ Điều kiện địa chất thủy văn ◦ Điều kiện vật liệu xây dựng 1.1.2 Nhiệm vụ địa chất cơng trình: Xác định điều kiện địa chất. .. độ biến chất khác bao quanh khối mac ma gây biến chất Do gây khơng đồng tính chất vật lý học Trang Bài giảng ĐC-CHĐ-NMng ĐC-CHĐ-NM Phần: PHẦN CƠ HỌC ĐẤT Chương: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 1.1 Các