cơ sở KHOA HỌC NGHIÊN cứu xử LÝ nền đất yếu BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP BASE
1 Chơng II Cơ sở khoa học nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phơng pháp top-base 2.1. Đặc điểm cơ lý của phơng pháp top-base 2.1.1. Mục đích gia cố nền bằng top-base Các mục tiêu khi áp dụng top-base chủ yếu gồm giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực. 1. Tác dụng giảm độ lún Tác dụng giảm độ lún thay đổi khi kiểm tra độ lún dài hạn tại hiện trờng và thí nghiệm mô hình trong phòng thí nghiệm v.v. cũng đợc xác nhận bằng cách phơng pháp tích. Đối với các thử nghiệm độ lún dài hạn, việc thử nghiệm so sánh đã đợc thực hiện liên quan đến 5 loại móng nh nêu trong trên nền đất yếu có nhiều tàn tích hữu cơ có các đặc tính đất nh . Kết quả đo độ lún đợc cho trong 2 !"#$ Khu vc Khu vc th lỳn trong thi gian di Khu vc th ti Hng mc o c Kt qu th vt lớ W n (%) 125.6 137.0 W L (%) 120.6 128.2 W p (%) 55.8 63.3 L p 64.8 64.9 Cỏt (%) 10 17 Bựn (%) 58 41 t sột (%) 32 42 Gs 2.579 2.538 Mt m 1.358 1.333 Phõn loi t do Nht Bn thng nht OH OH Giỏ tr N 0 0 Thớ nghim nộn khụng h nụng Cng nộn khụng h nụng q u (kgf/cm 2 ) 0.115~0.09 (trung bỡnh 0.10) 0.11~0.09 (trung bỡnh 0.10) Mụdun bin dng E 50 (kgf/cm 2 ) 3.0~2.8 (trung bỡnh 2.90) 3.8~3.3 (trung bỡnh 3.55) Top-base có độ lún nhỏ hơn bao gồm phần gia cố thứ cấp mặc dù áp dụng tải 0,5tf lớn hơn so với nền đất ban đầu và việc so sánh độ lún dài hạn đối với tải trọng cùng mức chỉ ra rằng độ lún giảm nhờ có top- base đến 1/3 lần trên nền đất ban đầu nếu dùng top-base 1 lớp và chỉ còn 1/9 của độ lún nền đất ban đầu nếu dùng top-base 2 lớp. Các th nghim lún dài hn c tin hành trong phòng thí nghim vi cách thc tng t. Kt qu ca vic th nghim top-base ng kính 6cm trên lp t ng kính 50cm, s dng 9 khi bê tông theo 3 hàng trên c 2 mt ging nh th nghim ti ch c cho trong % &'( $)*+ 3 ,Kết quả thí nghiệm cho đất hóa lỏng trong thí nghiệm lún dài hạn % #$!"#$ /0'12 4 Trong trờng hợp móng top-base, khi thử trong phòng thí nghiệm, độ lún dài hạn giảm 1/2 lần so với móng gia cố bằng đá dăm. Điều này cũng đợc xác nhận bởi phơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng mã phân tích cố kết đàn hồi-chảy-dẻo. Rõ ràng, thực tế này chỉ ra rằng móng top-base có tác dụng cải tạo giảm độ lún dài hạn. Bên cạnh đó, móng top-base cũng có hiệu quả trong nền bị hoá lỏng. Căn cứ theo thực tế đó là không có h hại nào do động đất gây ra cho các ngôi nhà sử dụng móng top-base trong thời gian xảy ra động đất tại trận động đất xảy ra tại phía đông tỉnh Chiba vào tháng 12-1987, các hiệu ứng trên nền đất hoá lỏng bắt đầu đợc xem xét thử trong phòng thí nghiệm. Kết quả đo độ lún bằng cách áp dụng 2 loại tải nh 150kgf và 75kgf tơng ứng với tải trọng của toà nhà và gia tốc đầm rung 250gal cho hai 2 loại móng nh móng đá dăm và móng top-base trên nền đất cát tiêu chuẩn Toyoura đợc đầm đến 50% mật độ tơng đối nh trong , Trong khi móng đá dăm lún sâu 32cm do hiện tợng hoá lỏng thì móng top-base chỉ lún 4,3cm mà không có hiện tợng hoá lỏng. 5 Hiệu ứng giảm độ lún này cũng có tác dụng trong trờng hợp sử dụng móng top-base nằm dới các khối bê tông chắn sóng ở vùng ven biển. Hiện tợng lún sâu hơn 3m đã xảy ra chỉ trong một năm khi đặt các khối bê tông chắn sóng tại bờ biển Shiraoi trên đờng quốc lộ số 36 ở Hokkaido, và hầu hết các khối bê tông bị chìm trong cát mặc dù sau đó đã đợc chồng lên thêm hơn 3 lần nữa. Vào năm 1987, sau hai năm thi công ngời ta quyết định nâng các khối bê tông đã chôn lên, lắp đặt top-base đờng kính 2m và đặt lại các khối bê tông chắn sóng lên trên nền top-base, đến nay độ lún chỉ khoảng 3cm. Trong trờng hợp này sử dụng top-base và không sử dụng top-base đã có sự khác biệt rất lớn mặc dù đợc thi công đồng thời và tại cùng một địa điểm. 2. Tác dụng tăng khả năng chịu lực Top base làm tăng khả năng chịu lực của nền đất yếu đã đợc kiểm tra bằng cách thử tải bàn nén tại công trờng và thử tải bàn nén trên thùng chứa đất lớn tại phòng thí nghiệm. Các cuộc thử tải tại công trờng đợc tiến hành bằng cách sử dụng top-block nh trong trên nền đất yếu nhiều tàn tích hữu cơ (,) giống với địa chất tại công trờng đang quan trắc độ lún dài hạn. Bên cạnh đó, đối với việc thử tải trong phòng thí nghiệm, việc thử tải giống nh thử độ lún dài hạn trong phòng thí nghiệm trong thùng đất lớn có chiều rộng 20cm, dài 1,8m và sâu 72cm đã đợc tiến hành. Kết quả thử tải tại công trờng đợc nêu ra lần lợt trong 3 và kết quả thử tải trong phòng thí nghiệm đợc cho trong 4. Trong 3, đối với việc thử tải tại công trờng, nền top-base có khả năng chịu lực gấp 1,5 lần lớn hơn nền đất ban đầu có cùng độ lún và việc thử trong phòng thí nghiệm cũng cho kết quả tơng tự. Các tác dụng cải tạo nh giảm độ lún có thể hi vọng tăng khoảng 50% khả năng chịu lực so với nền đất ban đầu. 6 Trờng hợp tải trọng đặt lệch tâm lên móng cũng đợc kiểm tra. Trong trờng hợp độ lệch tâm bằng B/6 tính từ tâm chiều rộng của móng B, top-block 1 lớp có khả năng chịu tải gấp 2 lần so với nền đất ban đầu và top-block 2 lớp có khả năng chịu tải gấp 3 lần so với nền đất ban đầu. Do đó, top-base đợc công nhận cũng mang lại hiệu quả cho tải lệch tâm. 2.1.2. Cơ chế gia cố nền đất Các hiệu ứng cải tạo giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực đã nêu ở trên có cùng cơ chế. Phân phối ứng suất dới móng đã đợc mô tả đối với nền đất có độ lún dài hạn đợc đo bằng thí nghiệm nh trong và 3)5+-/52 4)5+-!"#$2 7 Các đờng đồng ứng suất trong hình vẽ phân bố ứng suất theo chiều sâu có đợc bằng cách đặt và đo ứng suất tại các senso chôn sẵn theo chiều sâu đợc vẽ trong 6 678091: ;: . 8 ứng suất đặt lên nền ban đầu là 2,5kgf/cm 2 , vì thế các đờng ứng suất cân bằng là 3kgf/cm 2 hoặc cao hơn, biểu thị ứng suất tăng do độ lún cố kết. 6 là trờng hợp nền đất đợc đặt các tấm móng bê tông lên trên và ngời ta nghĩ rằng tập trung ứng suất chỉ xuất hiện dới phần đầu của tấm truyền tải khi các tấm này đợc đặt trên nền đất sét và độ lún tăng do xảy ra biến dạng ngang, vì thế điều này đợc kiểm tra cùng với phân phối ứng suất với kết quả thay đổi. Ng- ợc lại, top- base trong 6 là kết cấu cứng gồm các khối phễu có tác dụng triệt tiêu phần tải ngang, vì thế phân phối ứng suất lớn hơn ở hai đầu và phân bố ứng suất gần nh đồng đều. Trong 6<, khi có hai lớp top- =>?)'!8090 9 base, phân bố ứng suất phân bố đều hơn nữa và ứng suất tăng đồng đều. Từ những nhận xét này, có thể nhận thấy rằng top-base có tác dụng hạn chế biến dạng ngang. Nghiên cứu áp lực lỗ rỗng đợc tạo ra trên nền đất ban đầu với thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, có thể nói rằng không xảy ra áp suất lỗ rỗng dới nền móng top-base. Có thể thấy rằng không có hiện tợng giãn nở căn cứ theo biến dạng trợt tại phần cọc của top-base, có nghĩa là không thể xảy ra biến dạng ngang. Khuynh hớng tạo áp suất lỗ rỗng cho kết quả tơng tự trong thí nghiệm thùng đất thí nghiệm để kiểm tra tính hoá lỏng nh , Móng chèn đá dăm cũng chỉ ra hiện tợng hoá lỏng, tạo áp suất lỗ rỗng lớn nhng móng top-base lại tạo ra áp suất lỗ rỗng thấp và không xảy ra hiện tợng hoá lỏng. Nhận thấy rằng nền cát cũng cho kết quả tơng tự. Biến dạng ngang thay đổi theo kết quả phân tích theo phơng pháp phần tử hữu hạn bằng phân tích đàn hồi-chảy-dẻo. Đã xét hiệu ứng giãn nở, hiện tợng cố kết bên ngoài và hiệu ứng cố kết thứ cấp. = chỉ ra kết quả phân tích, xác định dạng phân bố biến dạng ngang. Từ =, có thể thấy rằng top-base ngăn chặn hiện tợng biến dạng ngang, và do đó, độ lún bề mặt nhỏ hơn 1/2 lần. Khả năng chịu lực của nền đất thay đổi phụ thuộc vào hai loại phá hoại là phá hoại do trợt cục bộ hoặc phá hoại do trợt sâu. Tuy nhiên, trong trờng hợp xảy ra biến dạng ngang, khả năng chịu lực của nền trở thành khả năng chịu lực của phá hoại do trợt cục bộ. Có thể thấy rằng móng trên top-base ngăn chặn việc sinh ra phá hoại do trợt cục bộ bằng cách ngăn chặn biến dạng ngang. Công thức tính khả năng chịu lực của Terzaghi thực hiện tính toán bằng cách giảm hệ số khả năng chịu lực xuống 2/3 trong trờng hợp phá hoại do trợt cục bộ. Và đối với đất sét, khả năng chịu lực của phá hoại do trợt sâu lớn hơn 1,5 lần so với phá hoại do trợt cục bộ. Kết quả trong 3 và 4 thể hiện các thử 10 nghiệm tải trọng cho thấy trong khi nền đất nguyên dạng bị phá hoại do trợt cục bộ thì top-base dẫn đến phá hoại do trợt sâu, do đó có khả năng chịu lực lớn hơn. Từ các kết quả trên, việc tạo ra kết cấu nền bằng cách đầm chặt đá dăm đã đợc đổ đầy giữa các khối top-block, đá dăm có tác dụng truyền tải đều xuống đất yếu giảm tập trung ứng suất. Do kết cấu nền top base nên phân bố ứng suất trong nền đất trở thành phân bố đều và hơn nữa, sức chống ma sát xuất hiện trong đá dăm, phần cọc của top base có tác dụng ngăn chặn biến dạng ngang của nền xung quanh. Giống nh trên, hiệu ứng đồng vận giữa các top-block và đá dăm giúp cải thiện nền xung quanh và có hiệu ứng giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực. 2.1.3. Khả năng kháng chấn của nền móng công trình sử dụng ph- ơng pháp top-base Theo báo cáo v kt qu iu tra tình trng thit hi ca các công trình, nh s dng phơng pháp top-base khu vc chu nh hng ln ca ng t Kobe của Hip hi cụng nghip ton quc Nht Bn [ ], nhìn chung nhng công trình s dng phơng pháp top-base thì hu nh không bị thit hi. Trong cùng iu kin nn t ging nhau thì không có ví d so sánh thit hi gia hai trng hp s dng và không s dng phơng pháp top-base. Tuy nhiên nu xét t tình trng thit hi xung quanh thì thy nhiu trng hp s dng phng pháp top-base có hiu qu kháng chn rõ rt. c bit khi xut hin tỡnh trng hoỏ lng ca nn t thỡ múng cc b l ra (do nn t xung quanh lỳn xung lm l ra phn trờn ca cc) v gõy thit hi ln nhng phn tip giỏp gia phn trờn cụng trỡnh vi nn t nh cỏc ng ng cp thoỏt nc. Trong khi ú, vi nhng cụng trỡnh s dng phơng pháp top-base, do cụng trỡnh lỳn [...]... lún của nền top- base Vic s dng phng phỏp top- base ảnh hởng đến phân phối ứng suất, giảm biến dạng dọc trục, do đó, việc tính toán độ lún của lớp topbase đợc thực hiện nh sau: - Tải trọng phân bố trên bề rộng lớp top- base ở vị trí đầu tiên, do đó, cờng độ tải trọng đợc sử dụng trong tính toán độ lún lớp top- base là q= P Bk Lc 23 - Phân bố ứng suất trong phạm vi đất nền đợc lấy theo góc nghiêng 300 -... pháp tính lún nền top- base 2.2.4 Lu ý trong thiết kế Khi các top- block của top- base đợc thiết kế ban đầu không đáp ứng đợc yêu cầu do tải trọng thiết kế lớn, có thể phải thi công top- base 25 2 lớp hoặc mở rộng diện tích lắp đặt top- block Khi mở rộng mở rộng diện tích lắp đặt top- block mà cha đủ thì có thể đổ bê tông lót lên trên các top- block để tải trọng đợc phân phối đều xuống các top- block ... dụng chung cho phương pháp top- base 17 - Xác định sắp xếp các khối top- block nh thế nào ở thời điểm này, để sử dụng hiệu quả top- base, sắp xếp các khối top- block ít nhất 3 hàng theo chiều dọc và chiều ngang - Xác định khả năng chịu cắt cho phép của lớp top- base, qka - Nếu qka xác định đợc không đủ so với tải trọng thiết kế (tải trọng phân bố dới đáy móng) q, lặp lại sắp xếp các khối top- block - Nếu... pháp top- base đợc thiết kế cụ thể Hiện nay, thiết kế top- base tiêu chuẩn đợc hớng dẫn bằng các sử dụng Bảng nền móng ứng dụng tổng quát Đây là phơng pháp dự tính giá trị xuyên tiêu chuẩn N hoặc lực dính Cu của nền tự nhiên và sau đó sắp đặt các top- base theo mối liên hệ với tải trọng kết cấu Dựa trên các nội dung thiết kế, có một trờng hợp cần tính toán khả năng chịu cắt khi muốn sử dụng top- base Trong... tnh Chiba vo thỏng 12/1987 thỡ nhng cụng trỡnh s dng phơng pháp top- base ó hu nh khụng cú thit hi gỡ Hin tng hoỏ lng ca nn t ó c nghiờn cu ch yu Vin nghiờn cu ng t ca trng i hc tng hp Tokyo Qua trn ng t Kobe, các nhà khoa học có iu kin tỡm hiu k hn na v c trng ca hiu qu khỏng chn khi s dng phng phỏp top- base 2.2 Tính toán thiết kế top- base 2.2.1 Kế hoạch thiết kế Thiết kế Sự cần thiết giảm độ lún... này, khả năng chịu cắt xét đến tính lệch tâm và không đối xứng là không thể nhng có thể xác định đợc 2.2.3 Thiết kế phơng pháp top- base 15 Khi tải trọng thiết kế lớn hơn khả năng chịu cắt của đất nền tự nhiên thì phơng pháp top- base đợc xem xét Trong thiết kế một phơng pháp top- base, một phơng pháp thiết kế dựa vào bảng tiêu chuẩn áp dụng thờng đợc xem xét, nhng một phơng pháp khác dựa trên tính toán... sử dụng bảng này, kích thớc và sự sắp đặt các khối top- block áp dụng chỉ xác định qui mô của tải trọng tác dụng và giá trị N của nền Trên thực tế, sự sắp đặt của các khối khối top- block đợc xác định bằng cách giả định sự sắp đặt ít nhất hơn một nửa khối khối topblock cho đáy móng 2 Phơng pháp thiết bằng tính toán Có một vài trờng hợp, thiết kế top- base không thể thực hiện đợc bằng bảng tiêu chuẩn nhng... cấuTính toán áp lực tiếp xúc qKhảo sát nềnTính toán khả năng chịu cắt cho phép qa Chấp nhận và xem xét phương pháp bằng cách so sánh q và qa Xem xét tính kinh tế và an toàn lâu dài của công trình Hình 2.9 Xem xét lựa chọn phương pháp top- block Xem xét một phơng xử lý nền, lựa chọn hay không phơng pháp top- base đợc quyết định bởi tổng hợp các nội dung thiết kế của kết cấu bên trên và các kết quả khảo sát... cần thiết, xem xét độ lún a Tính toán khả năng chịu cắt cho phép của lớp top- base: Khả năng chịu cắt cho phép qka: q qa = N 1 K1 K 2 c N c + 1 B ' k + qN q F 2 Trong đó qka: khả năng chịu cắt cho phép (tf/m2) Fs: Hệ số an toàn (bình thờng Fs = 3, động đất Fs = 2) K1: Hệ số kể đến ảnh hởng phân bố ứng suất của lớp top- base, đợc xác định theo công thức: Móng băng: K1 = B ' k + 2 H tan B' Móng... dụng hữu hiệu top- base có xét đến độ lệch tâm (m) K2: Hệ số kể đến sự tăng khả năng chịu cắt cho phép khi cần kể đến phân phối áp lực tiếp xúc với nền của móng cứng (xem Bảng 2.3) , : Hệ số hình dạng của móng (xem Bảng 2.4 và 2.5) 18 Bảng 2.3 Phơng pháp lựa chọn hệ số K2 Đất nền Đờng kính của top- block Móng băng Móng chữ nhật Sét 500 Hình Hình 330 1,0 1,0 Cát 500, 330 1,0 1,0 Hình 2.10 Phương pháp lựa . II Cơ sở khoa học nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phơng pháp top- base 2. 1. Đặc điểm cơ lý của phơng pháp top- base 2. 1.1. Mục đích gia cố nền bằng top- base Các mục tiêu khi áp dụng top- base. lắp đặt top- base đờng kính 2m và đặt lại các khối bê tông chắn sóng lên trên nền top- base, đến nay độ lún chỉ khoảng 3cm. Trong trờng hợp này sử dụng top- base và không sử dụng top- base đã. Tokyo. Qua trn ng t Kobe, các nhà khoa học có iu kin tỡm hiu k hn na v c trng ca hiu qu khỏng chn khi s dng phng phỏp top- base. 2. 2. Tính toán thiết kế top- base 2. 2.1. Kế hoạch thiết kế Xem xét