Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Đề tài nghiên cứu biện pháp móng Top - Base xử lý nền đất yếu dưới móng tường chắn đất thuộc dự án đường bờ kè sông Cái

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Đề tài nghiên cứu biện pháp móng Top - Base xử lý nền đất yếu dưới móng tường chắn đất thuộc dự án đường bờ kè sông Cái.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI *** BẠCH VĂN SỸ Đề tài: “Nghiên cứu biện pháp móng Top – Base xử lý đất yếu móng tường chắn đất thuộc dự án đường Bờ Kè sông Cái – thành phố Nha Trang – Khánh Hịa” CHUN NGÀNH: Xây dựng đường tơ đường thành phố Mã số : 60.58.30 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ THẾ SƠN Năm 2013 1-PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: 1 Tính cấp thiết đề tài: Trong năm gần kinh tế nước ta đạt độ tăng trưởng ổn định, đời sống nhân dân ngày cải thiện Để đẩy nhanh việc phát triển kinh tế nâng cao đời sống nhân dân sở hạ tầng thường phải trước bước đầu tư nhiều tiền Một số dự án hoàn thành đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng, đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương vv Một số dự án triển khai đường cao tốc Long Thành – Dầu Dây, dự án cải tạo nâng cấp Quốc lộ 51, dự án đường vành đai thuộc khu vực thành phố Hồ Chí Minh, dự án chỉnh trang đô thị khu vực sông Cái – thành phố Nha Trang vv Trong tuyến đường kể có nhiều đoạn qua khu vực có địa chất phức tạp, đất yếu Các đoạn đường qua khu vực có địa chất đặc biệt gây nhiều khó khăn cơng tác khảo sát thiết kế, thi công đặc biệt chúng làm cho giá thành cơng trình đẩy lên cao, nhiều dự án bị dừng lại thiếu kỹ thuật, thiết giải pháp hữu hiệu để thực Vấn đề đặt câu hỏi cho nhà khoa học, nhà quản lý, nhà thi công phải tìm giải pháp cho việc giải vướng mắc Để khắc phục khó khăn giải câu hỏi đặt có nhiều giải pháp xử lý đất yếu đưa xây dựng cơng trình đất yếu như: biện pháp thay đất, gia cố đất, dùng cọc cát, giếng cát, thấm, cọc đất gia cố xi măng, cọc đá, cọc cừ tràm sử dụng kết hợp nhiều giải pháp với Trong vài năm gần số dự án kiến nghị biện pháp móng Top – Base để thi cơng cơng trình đất yếu, bước đầu cho thấy tính hiệu việc gia tăng sức chịu tải cho đất, giảm độ lún giảm thời gian thi công xây dựng Ý nghĩa khoa học luận văn: Trong hoàn cảnh cụ thể đó, việc lựa chọn biện pháp xử lý đất yếu mang ý nghĩa quan trọng, kết tính tốn phương pháp phải phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật Mặt khác, kết tính tốn lại phụ thuộc nhiều vào phương pháp tính tốn Vì vậy, ý nghĩa khoa học luận văn đề cập tới phương pháp tính tốn, trình tự thi cơng chế làm việc móng Top – Base sử dụng để gia cố đất yếu móng cơng trình Đồng thời cung cấp thêm nhận định tổng quan biện pháp xử lý đất yếu sau 2-1 Ý nghĩa thực tiễn luận văn: Ý nghĩa thực tiễn luận văn kết nghiên cứu luận văn hồn tồn áp dụng để thiết kế xử lý đất yếu đáy móng cơng trình biện pháp móng Top – Base nhằm mang lại hiệu xử lý hiệu kinh tế Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu luận văn đất yếu bão hịa nước thuộc địa chất khu vực ven sơng Cái biện pháp cải tạo đất yếu phương pháp móng Top – Base dựa tiêu chuẩn xây dựng hành Phạm vi nghiên cứu: Biện pháp móng Top – Base biện pháp cải tạo đất yếu đưa vào áp dụng Việt Nam từ năm 2008 chủ yếu xử lý đất yếu móng cơng trình nhà dân dụng công nghiệp Tuy nhiên, luận văn nghiên cứu biện pháp cải tạo áp dụng cho kết cấu tường chắn đất ven sông thuộc dự án đường Bờ Kè sông Cái – thành phố Nha Trang – tỉnh Khánh hòa Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Mục đích luận án nhằm giới thiệu cách tổng quát phương pháp xử lý đất yếu tiến hành xây dựng công trình đất yếu Trong biện pháp cải tạo đất yếu móng Top – Base xem xét, phân tích tính tốn cách kỹ lưỡng, chi tiết Qua giúp cho người kỹ sư thiết kế nhà quản lý có sở để lựa chọn tìm giải pháp thiết kế cách hiệu Phương pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp chuyên gia Dựa tài liệu có sẵn tư logic để rút kết luận khoa học cần thiết Từ kết luận kết hợp với toán thực tiễn để đánh giá rút kết luận đầy đủ xác đối tượng nghiên cứu Những hạn chế luận văn độ tin cậy số liệu: Những hạn chế luận văn: Luận văn nghiên cứu chi tiết phương pháp gia cố đất yếu phương pháp móng Top – Base, mặt khác luận văn ưu việt hạn chế phương pháp gia cố Tuy nhiên, phần áp dụng vào thực tiễn luận văn tính tốn gia cố cho loại đất yếu đất sét địa chất sơng Cái, tải trọng tính tốn tải trọng kết cấu tường chắn, cần có nhiều nghiên cứu cho 3-các loại đất yếu khác ứng với loại tải trọng khác Kết tính tốn dựa vào phương pháp giải tích, chưa kiểm tốn lại phần mềm tính tốn gia cố chuyên dụng Độ tin cậy số liệu: Số liệu tính tốn hồn tồn dựa vào địa chất khảo sát thực với phương pháp tính tốn kiểm nghiệm cơng bố nên kết tính tốn luận văn tin cậy Kết tính tốn xử lý cho cơng trình cụ thể hồn tồn phù hợp với nghiên cứu lý thuyết Kết cấu luận văn: Kết cấu luận văn gồm có: Phần mở đầu: Nêu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương 1: Tổng quan biện pháp xử lý đất yếu Trình bày cách tổng quát biện pháp xử lý đất yếu nay, ưu nhược điểm phương pháp tính tốn chúng Đồng thời chọn nội dung nghiên cứu luận văn Chương 2: Cơ sở tính tốn biện pháp xử lý đất yếu móng Top – Base Trong chương mục đích trình bày chi tiết sở tính tốn biện pháp thi cơng móng Top – Base Chương 3: Thiết kế biện pháp xử lý đất yếu móng tường chắn đất thuộc dự án đường Bờ Kè sông Cái Trong chương tác giả trình bày nội dung tính tốn xử lý đất yếu móng Top – Base áp dụng vào toán cụ thể xử lý đất yếu móng tường chắn đất, phục vụ cho việc chắn đất đường giúp đảm bảo ổn định đường ven sông, đồng thời so sánh với giải pháp thiết kế hữu sử dụng cọc bê tông cốt thép Chương 4: Kết luận kiến nghị Trình bày kết luận kiến nghị tác giả nghiên cứu biện pháp xử lý đất yếu móng Top – Base 4-CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm đất yếu: Đất yếu loại đất có khả chịu lực thấp (0.5 – kG/cm2), hoàn toàn bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn (thường e >1), hệ số nén lún lớn, modul biến dạng bé (E0 < 50kG/cm2)[18] Giá trị sức chống cắt không đáng kể Cơng trình xây dựng đất yếu phải có biện pháp xử lý, khơng sau xây dựng cơng trình khó có khả đứng vững suốt thời kỳ khai thác Theo quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu 22TCN 262-2000 đất yếu có nguồn góc chủ yếu từ khoáng vật nguồn gốc hữu  Loại có nguồn gốc khống vật thường sét sét trầm tích nước ven biển, vùng vịnh, đầm hồ…; loại lẫn hữu q trình trầm tích (hàm lượng hữu tới 10 - 12 %) nên có màu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, xác định đất yếu trạng thái tự nhiên, độ ẩm chúng gần cao giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1.5, sét e ≥1), lực dính C theo kết cắt nhanh khơng nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát ϕ từ - 10° lực dính từ kết thí nghiệm cắt cánh trường Cu ≤ 0.35 daN/cm2 Ngoài vùng thung lũng cịn hình thành đất yếu dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1, độ bão hòa G > 0.8)  Loại có nguồn gốc hữu thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, loài thực vật phát triển, thối rữa phân hủy, tạo vật lắng hữu lẫn với trầm tích khống vật Loại thường gọi đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc khơng mịn (vì lẫn tàn dư thực vật) Đối với loại xác định đất yếu hệ số rỗng đặc trưng sức chống cắt chúng đạt trị số nói Ở Việt Nam, đất yếu chủ yếu phân bố vùng đồng Các cơng trình dân dụng, giao thơng, thủy lợi thường gặp nhiều khó khăn xây dựng khu vực đất yếu Vì vậy, việc xử lý đất yếu trước xây dựng yêu cầu tất yếu 1.2 Các phương pháp gia cố đất yếu: 1.2.1 Khái niệm: 5-Cơng trình xây dựng tiến hành xây dựng địa chất yếu phát sinh biến dạng lún gây nên hoạt động khơng bình thường kết cấu bên trên, ngun nhân đất yếu không đủ khả chịu lực, phát sinh biến dạng lún lớn Chính xây dựng cơng trình lên đất yếu người ta thường phải có biện pháp xử lý dựa vào yêu cầu sau[8]:  Đảm bảo yêu cầu mặt cường độ: Nền đất yếu sau áp dụng biện pháp xử lý cần phải đủ cường độ hay nói cách khác cần phải đủ sức chịu tải, không phát sinh tượng phá hoại cắt trượt tiến hành xây dựng bên suốt q trình thi cơng khai thác  Đảm bảo yêu cầu độ lún: phải tính tốn độ lún cơng trình để từ có biện pháp xử lý thích hợp 1.2.2 Các phương pháp gia cố đất yếu: 1.2.2.1 Phương pháp thay đất đệm cát: a Phạm vi áp dụng Thay đất biện pháp thay đất yếu loại vật liệu có cường độ chống cắt lớn cát, cát sỏi, đất tốt… lớp đệm cát sử dụng hiệu lớp đất yếu đất sét bão hịa nước có chiều dày nhỏ 3m Việc thay đất đệm cát thường có tấc dụng sau đây:  Giảm độ lún cơng trình độ lún khơng đều, đồng thời làm tăng nhanh trình cố kết đất (vì cát có hệ số thấm lớn)  Làm tăng khả ổn định cơng trình kể có tải trọng ngang tác dụng cát nén chặt tăng lực ma sát tăng khả chống trượt  Kích thước kết cấu móng, đắp chiều sâu chơn móng giảm sức chịu tải đất tăng lên  Thi cơng đơn giản, khơng địi hỏi thiết bị nhiều nên sử dụng tương đối rộng rãi nước ta Với ưu điểm tăng độ ổn định đất, giảm lún Tuy nhiên, việc thay đất đệm cát có hạn chế định thường khơng sử dụng trương hợp sau:  Lớp đất yếu cần thay dày, chiều dày 3m Vì thi cơng khó khăn, chi thi cơng phí lớn 6- Mực nước ngầm cao nước có áp, cần phải hạ thấp mực nước ngầm tầng đệm cát không ổn định dễ xuất hiện tượng xói ngầm hóa lỏng cát b Ngun lý tính tốn thiết kế Việc tính tốn thiết kế lớp đệm cát , u cầu phải đảm bảo điều kiện sau:  Lớp đệm cát ổn định tác dụng tải trọng công trình  Áp lực mặt lớp đất đáy lớp đệm tải trọng cơng trình phải nhỏ áp lực tiêu chuẩn mặt lớp đất  Độ lún toàn lớp đệm lớp đất nằm độ lún không móng phải nhỏ giá trị giới hạn quy định quy phạm thiết kế Công tác thiết kế đệm cát bao gồm công việc sau: xác định kích thước lớp đệm, độ lún tồn móng xây đệm vật liệu làm lớp đệm  d Hình 1.1: Sơ đồ thiết kế đệm cát  Xác định kích thước đệm cát: Việc xác định kích thước đệm cát tốn phức tạp lớp đệm cát lớp đất yếu lớp đệm cát có tính chất hồn tồn khác nhau, lớp đệm cát có kích thước giới hạn cịn lớp đệm cát có kích thước vơ hạn nên trạng thái ứng suất phân bố hoàn toàn khác Ở Việt Nam thường sử dụng phương pháp gần để xác định kích thước đệm cát Kích thước đệm cát thiết kế theo điều kiện biến dạng đất phải thõa mãn biểu thức sau:     Rtc Trong đó: σ1 - ứng suất thường xuyên trọng lượng thân đất đệm cát tác dụng mặt đất yếu đáy lớp đệm 7-σ2 - ứng suất tải trọng cơng trình gây mặt lớp đất yếu đáy lớp đệm cát Rtc – áp lực tiêu chuẩn mặt lớp đất yếu đáy lớp đệm cát, xác định theo công thức quy phạm   Rtc  A.bmq  Bhm  hd   tb  D.c Với: A, B, D - hệ số khơng thứ ngun phụ thuộc vào góc ma sát φ đất bmq – chiều rộng móng quy ước γtb – trọng lượng thể tích trung bình lớp đất từ mặt đất tự nhiên đến đáy lớp đệm cát, có xét tới áp lực đẩy nước c – cường độ lực dính đất hd – chiều dày lớp đệm cát  Độ lún S móng cơng trình: Được xác định theo biểu thức sau: S = S1 + S2 < [S] Trong đó: S1 – độ lún đệm cát S2 – độ lún lớp đất đệm cát Sau xác định chiều dày lớp đệm cát cần tính tốn lại theo điều kiện độ lún S c Phương pháp thi công Chất lượng lớp đệm cát phụ thuộc vào loại cát chất lượng thi công đệm cát Đệm cát đánh giá theo tiêu độ chặt thông qua hệ số rỗng e độ chặt tương đối D Còn chiều dày đầm lèn đệm cát phụ thuộc vào loại thiết bị đầm nén tải trọng đầm nén Để đảm bảo độ chặt theo yêu cầu độ ẩm tốt cát lớp đệm cát phải thõa mãn công thức: W 0.7e %  Trong đó: e – hệ số rỗng cát trước đầm nén Δ – tỷ trọng hạt cát Theo kinh nghiệm thi cơng độ ẩm tốt lấy sau:  Với cát hạt nhỏ: W = 21.7 – 22.5%  Với cát hạt trung: W = 15.5 – 17% Khi thi công xong đệm cát cần tiến hành kiểm tra độ chặt phương pháp quy định quy phạm 8-1.2.2.2 Phương pháp lèn chặt đất cọc cát: a Phạm vi áp dụng: Cọc cát giải pháp xử lý đất yếu áp dụng phổ biến trường hợp cơng trình có tải trọng không lớn với chiều dày lớp đất yếu tương đối lớn Nó có tác dụng sau:  Làm tăng nhanh q trình nước lỗ rỗng, dẫn đến trình cố kết đất yếu nhanh hơn, làm cho độ lún đất nhanh đạt tới trạng thái ổn định  Đất nén chặt thêm, độ rỗng đất giảm cường độ phức hợp (gồm cọc cát đất cọc cát) tăng lên  Thi công đơn giản vật liệu rẻ tiền cát thô, sỏi sạn phí thấp so với đệm cát loại móng cọc Cọc cát dùng để gia cố đất yếu có chiều dày lớn 3m Cọc cát có ưu điểm làm tăng nhanh q trình cố kết đất Tuy nhiên, cọc cát không nên dùng với trường hợp đất yếu nhão chiều dày lớp đất yếu mỏng b Nguyên lý tính tốn:  Xác định hệ số rỗng thiết kế etk: Độ lèn chặt đất đánh giá độ giảm hệ số rỗng Δe: Δe = e0 – etk Trong đó: e0 – hệ số rỗng tự nhiên đất etk – hệ số rỗng đất lèn chặt, phụ thuộc vào loại đất  Với đất cát : etk  emax  D.(emax  emin )  Với đất dính: etk  h  n 100 Wd  0.5 A Với: D – độ chặt tương đối emax, emin – hệ số rỗng nhỏ lớn cát Wd – độ ẩm giới hạn dẻo A – số dẻo đất  Diện tích lèn chặt: Diện tích lèn chặt tính theo cơng thức: Fn = (b +2c)(l+2c) 9-Trong đó: b, l – bề rộng chiều dai móng c = 0.1b khơng nhỏ 0.5m  Diện tích tiết diện cọc cát 1m2 diện tích nền:  Fc e0  etk , với Fc – tổng diện tích tiết diện cọc cát, Fn – diện tích  Fn  e0  Số lượng cọc nền: xác định theo công thức: N    Fn , fc – diện tích mặt cắt ngang cọc cát fc Khoảng cách L cọc: L  0.952  tk  tk   Với: γ0 – trọng lượng thể tích tự nhiên đất γtk – trọng lượng thể tích đất sau lèn chặt  Chiều sâu lèn chặt: Chiều sâu lèn chặt lấy chiều sâu lớp đất ép co nền, khơng nhỏ 2b móng chữ nhật, (3- 4)b móng băng c Thi cơng cọc cát: Q trình thi cơng cọc cát thường trải qua bước sau: làm lớp đệm cát, tạo lỗ đất yếu, rót cát vào lỗ đầm chặt Trước thi công cọc cát người ta thường làm lớp đệm dày tối thiều 50cm, lớp đệm có tác dụng tạo phẳng mặt thi cơng nước cọc cát ngồi Hiện cơng nghệ thi cơng cọc cát thường dùng máy tạo lỗ cọc chuyên dụng Máy ấn ống thép (đường kính 40 – 50cm) vào đất đến độ sâu thiết kế Khi ấn, đầu ống thép đóng lại, sau nhấc phận chấn động ra, nhồi cát vào đổ cao chừng 1m Rồi đặt máy chấn động rung khoảng 15 – 20s, bỏ máy chấn động rút ống lên khoảng 0.5m, lại đặt máy chấn động vào rung khoảng 10 – 15s đầu cọc ống mở cát tụt xuống Sau rút ống lên với vận tốc đều, vừa rút vừa rung cho cát làm chặt Sau thi công xong cọc cát cần kiểm tra lại phương pháp xuyên tiêu chuẩn, thử bàn nén tĩnh khoan lấy mẫu để xác định tiêu lý đất sau lèn chặt cọc cát 69-3.3.2 Giải pháp gia cố theo phương án hữu: Phương án hữu sử dụng việc gia cố đất yếu đáy móng tường chắn đất giải pháp dùng cọc bê tông cốt thép lựa chọn sau: Cọc bê tông cốt thép:  Kích thước cọc 25cm x 25cm  Cốt thép cọc 4ϕ16, loại thép AII có cường độ chịu kéo Ra = 280000 kN/m2  Bê tông cọc Mác 250, có cường độ chịu nén Rb = 11000 kN/m2  Chiều dài cọc Lc = 7m, cọc ngàm vào lớp đất cát 2m Bệ cọc: Có kích thước b x h = 1.8m x 0.35m +0.50m 0.00m -1.2m -6m -8m Hình 3.11: Cấu tạo kích thước tường chắn hệ cọc BTCT Tính tốn móng cọc tác giả tính kiểm tốn ổn định phần sử dụng cọc để chịu tải đáy tường chắn Nội dung kiểm tốn theo trình tự sau:  Lựa chọn chiều sâu đáy đài  Tính sức chịu tải cọc  Tính tốn số lượng cọc  Kiểm tra sức chịu tải cọc  Kiểm toán ổn định tổng thể a Lựa chọn chiều sâu đáy đài (hm):  Tải trọng tác dụng: 70-Dựa vào sơ đồ tải trọng tác dụng lên tường chắn (hình 3.3) ta dễ dàng tính tải trọng tác dụng lên tường chắn sau: Bảng 3.14 : Tải trọng tác dụng lên tường chắn Lực tác dụng Giá trị, kN W1 53.4 W2 22.5 W3 4.89 W4 15.75 Ea 24.92  Quy đổi tải trọng trọng tâm đáy đài (G): Ta có bảng kết tính toán sau: Bảng 3.15: Bảng qui đổi tải trọng trọng tâm đáy đài G Giá trị, K/C yi, Momen G, Giá trị MGi, kN m MGi kN.m W1 53.4 0.4 = 53.4 x 0.4 21.36 W2 22.5 0.25 = 22.5 x 0.25 5.625 W3 4.89 0.65 = 4.8875 x 0.65 3.177 W4 15.75 Ea 24.92 0.82 Lực = 15.75 x = 24.92 x 0.82 20.434 n  Momen trọng tâm đáy: M   M Gi i 1 M = 20.434 + 5.625 + 3.177 – 21.36 = 7.88 kN.m n  Lực dọc trọng tâm đáy: N  Wi i 1 N = 53.4 + 22.5 + 4.89 + 15.75 = 96.54 kN  Tổng lực ngang tác dụng lên tường chắn: Q = 24.92 kN  Lựa chọn chiều sâu đáy đài (hm):  Chiều sâu đáy đài phải thõa mãn điều kiện: hm  hmin  0.7  tg (450  )  Q  '.b 71-Trong đó: Q – tổng lực ngang, Q = 24.92 kN γ' – trọng lượng tự nhiên lớp đất đặt đáy đài có xét đến điều kiện ngập nước γ' = 11.5 – 10 = 6.8 kN/m3 φ – góc ma sát đất đáy đài, φ = 5030’ b – bề rộng đáy đài, b = 1.8m Thay số liệu vào ta có: hmin  0.7  tg (450  30' 24.92 )  0.127m , chọn hm = 1.2m 1.5  1.8 b Tính sức chịu tải cọc:  Sức chịu tải cọc theo vật liệu (PVL)[13]: Xác định theo cơng thức[14]: Trong đó: P  .Rb Fb  Ra Fa  VL φ – hệ số uốn dọc, φ = 0.93 Rb – cường độ chịu nén bê tông, Rb = 11000 kN/m2 Ra – cường độ chịu kéo thép, Ra = 280000 kN/m2 Fc – tiết diện cọc, Fc = 0.25 x 0.25 = 0.0625 m2 Fa – diện tích cốt thép cọc, Fa = x (3.14 x 1.62/4) = 0.000804 m2 Fb – diện tích bê tơng cọc, Fb = Fc – Fa = 0.062 m2 Thay số liệu vào ta có: PVL = 840.472 kN  Sức chịu tải cọc theo đất (Pđn):  Sức chịu tải cọc xác định theo kết thí nghiệm phịng [6]: Ptc  m.(Qc  Qs )  m(mR q p Ap  u  m f f si li ) Trong đó: m – hệ số điều kiện làm việc cọc đất, m = mR, mf – hệ số điều kiện đất mũi cọc mặt xung quanh cọc có kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc, mR = mf = qp – cường độ chịu tải đất mũi cọc, qp = 2400 kN/m2 Ap – diện tích tiết diện đầu cọc, Ap = 0.25 x 0.25 = 0.0625 m2 u – chu vi cọc, u = x 0.25 = 1m fs – hệ số ma sát đất với thành cọc li – chiều dày lớp đất phạm vi cọc xuyên qua, li < 2m 72-Bảng 3.16: Bảng xác định hệ số ma sát đất với thành cọc Lớp Loại hi , li, fi , li x fi, đất đất (m) (m) (T/m2) (T/m) sét pha 0.5 0.2 0.2 cát 1 0.2 0.2 1.5 0.3 0.3 0.4 0.4 2.5 0.45 0.45 2.75 0.5 0.5 0.25 3.25 0.5 3.575 1.7875 3.5 0.5 3.65 1.825 3.75 0.5 3.725 1.8625 0.5 3.8 1.9 Tổng Tổng f 9.175 l  9.175 T / m = 91.75 kN/m si i Thay số liệu vào ta có: Ptc  1 (1 2400  0.0625  1 91.75)  241.75 kN Đối với móng cọc đài thấp mà đáy đài nằm đất có tính nén lớn có từ – cọc hệ số an tồn[6] Fs = 1.75 Ta có sức chịu tải cho phép cọc (Qa), Qa  Ptc 241.75   138.14kN Fs 1.75  Sức chịu tải cọc xác định theo công thức Nhật Bản [6]: Qa  Trong đó:  N a Ap  0.2.N s Ls  c.Lc . d  α – hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi cơng cọc, cọc đóng α = 30 Na – số SPT đất mũi cọc, Na = Ap – diện tích tiết diện đầu cọc, Ap = 0.25 x 0.25 = 0.0625 m2 Ns – số SPT lớp cát bên thân cọc, Ns = Ls – chiều dài đoạn cọc nằm đất cát, Ls = 2m Lc – chiều dài đoạn cọc nằm đất sét, Lc = 4.8m c – cường độ lực dính, c = 10.2 kN/m2 d – chiều dài cạnh cọc, d = 0.25m Thay số liệu vào ta có: 73-Qa  30   0.0625  0.2    10.2  4.8  0.25  63.89 kN Sức chịu tải cọc tính theo đất nền: Pđn = (138.114; 63.89) = 63.89 kN Sức chịu tải cho phép cọc: [P] = (840,472; 63.89) = 63.89 kN c Tính số lượng cọc [13]:  Áp lực tính tốn phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài (Ptt): P tt  P  63.89  113.58 kN/m Q tt  (3d ) 3d 2 3  0.252  Diện tích sơ đáy đài (Fsb): Fsb  Trong đó: tt N0 P tt   tb  hm  n tt N – lực dọc tính tốn xác định đến đỉnh đài tt N  ( N  W4 ).n  (96.54  15.75)  1.1  88.87 kN hm – chiều sâu chơn móng, hm = 1.2m γtb – lượng thể tích đài đất đài, γtb = 20 kN/m3 n – hệ số vượt tải, n = 1.1 Thay Fsb  số liệu vào ta có: 88.87  1.02 m 113.58  20  1.2  1.1  Trọng lượng sơ đài đất đài: tt N sb  n  Fsb  hm   tb  1.1 1.02  1.2  20  26.91 kN n csb  1m dài  Số lượng cọc sơ bộ: tt tt N  N sb 88.87  26.91   1.81 cọc P 63.89 Vì nc  N * nên chọn số lượng cọc nc = cọc, bố trí 1m dài (hình 3.12) Hình 3.12: Mặt bố trí cọc d Kiểm tra sức chịu tải cọc [14]: Tải trọng tác dụng lên cọc 1m dài tường chắn tính theo cơng thức: 74-Pi  N M x y i M y xi   nc nc nc 2  y i  xi i 1 Trong đó: i 1 N – lực dọc qui đổi trọng tâm đáy đài, N = 96.54 kN nc – số lượng cọc đài, nc = Mx – momen quanh trục OX, Mx = My – momen quanh trục OY, My = M = 7.88 kN.m xi, yi – tọa độ cọc N 96.54   48.27 kN nc 1m dài Thay số liệu vào ta có: P1  P2  o Mx X My Y Hình 3.13:Sơ đồ tính toán tải trọng tác dụng lên cọc Ta nhận thấy: Pmin + qc > suy cọc chịu nén hoàn toàn Cọc đảm bảo chịu tải P  Pmax  qc  P Trong đó: qc – trọng lượng tính tốn cọc, qc = γbt.a2.Lc.n qc = 25 x 0.252 x x 1.1 = 12.03 kN Suy P = 48.27 + 12.03 = 60.3 kN < [P] = 63.89 kN Kết luận: Cọc đủ khả chịu tải e Kiểm tra ổn định tổng thể [14][7]:  Kiểm tra sức chịu tải đất mũi cọc:  Xác định kích thước khối móng quy ước:  Chiều cao khối móng quy ước: Hm = 7m  Góc mở φ: xác định theo phương pháp 10 lớp đất lớp đất yếu nên tính tốn bỏ qua ảnh hưởng lớp đất này, h = 1m < H m/3 nên theo Terzaghi lấy φ = φ2 = 300 (hình 3.14)  Chiều dài khối móng quy ước (Lm): Lm  0.75  1 tg (300 )  1.904m  Chiều rộng khối móng quy ước (Bm): 75-1 Bm  0.25    tg (30 )  1.404m  Xác định áp lực tính tốn đáy móng quy ước:  Trọng lượng đất đài từ đáy đài lên: N1  N  96.54 kN  Trọng lượng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài: N   ( Lm Bm  nc Fc ). 'i li N  (1.904  1.404   0.0625)  11.5  10  4.8  18  10  2  59.12 kN  Trọng lượng cọc: 0.00m Qc   bt Fc Lc nc  25  0.0625    21.875 kN  Mo men chống uốn Wy: Wy  Lm  Bm 1.904 1.404   0.6255 m 6 -1.2m đất yếu Sét pha  Quy đổi tải trọng trọng tâm đáy móng quy -6m N qu  N1  N  Qc  96.54  59.12  21.875  177.53 kN L = 1m ước:  M yqu  M y  7.88 kN.m p  N qu p Fqu Fqu  My  My Wy Wy  177.53 7.88   252.42 kN/m 1.904  1.404 0.6255  177.53 7.88   0.047 kN/m 1.904  1.404 0.6255 p max  p  126.445 kN/m 2  Sức chịu tải cho phép đất mũi cọc: Sức chịu tải giới hạn đất mũi cọc[11]: q gh  N  b. 1  N q q.  N c c. Đất mũi cọc có φ = 300: tra bảng hệ số sức chịu tải ta có: Nγ = 19.7 ; -8m Hình 3.14: Sơ đồ xác định góc mở φ ước: N qu đất Cát Bm  Ứng suất phân bố đáy móng quy p max   Nq = 22.5 ; Nc = 37.2 76-Vì đất bão hịa nước nên trị số γ cơng thức nói lấy giá trị γ đn = γbh - γn Thay số liệu vào ta có:  11.5   18    q gh  19.7 1.404  18  10.1  22.5     10  1  37.2  1     673.13kN / m Sức chịu tải cho phép đất mũi cọc: R tc  q gh Fs  673.13  336.565 kN/m 1.2R tc  1.2  336.565  403.878 kN/m pmax  252.42  1.2R tc  403.878 kN/m Ta nhận thấy: p  126.455  R tc  403.878 kN/m Kết luận: đất mũi cọc đảm bảo sức chịu tải  Tính lún đất mũi cọc:  Ứng suất thân đáy khối móng quy ước: n  bt    i  hi  (11.5  10)   (18  10)   25 kN/m2 i 1  Ứng suất gây lún đáy khối móng quy ước:  gl  p   bt  126.445  25  101.445 kN/m2  b.const. gl  Độ lún tính tốn theo cơng thức: S  E0 Trong đó: υ – hệ số poisson, υ = 0.3 E0 – modul biến dạng đất mũi cọc, E0 = 6356 kN/m2 b – bề rộng móng, b = 1.8m ωconst – hệ số phụ thuộc vào kích thước hình dạng móng, ωconst = 1.08 Thay số liệu vào ta có: S   0.32  1.8  1.08  101.445  0.029m  2.9cm 6356 Ta thấy độ lún S = 2.9 cm < [S] = cm Kết luận: móng cọc đảm bảo điều kiện độ lún 77-So sánh giải pháp xử lý đất yếu: 3.4 Các tiêu kỹ thuật: 3.4.1 Khi so sánh tiêu kỹ thuật so sánh hai giải pháp xử lý đất yếu giải pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép giải pháp móng Top – Base  Chất lượng thi cơng: hai phương pháp cho kết cấu đạt độ ổn định sức chịu tải độ lún  Thiết bị thi cơng: phương pháp móng Top – Base sử dụng thiết bị thi công đơn giản nhiều so với móng cọc thiết bị thi cơng chủ đạo có máy trộn bê tơng, đầm dùi thiết bị khác Trong với móng cọc cần phải có máy đóng cọc, cẩu cọc vv…  Thời gian thi công: theo tài liệu cho thời gian thi công giảm phân công tác thi công cọc phải thời gian khâu chế tạo cọc, vận chuyển đóng cọc Bảng 3.17: Bảng so sánh số tiêu kỹ thuật Phương pháp gia STT cố Nền không gia cố Phương pháp móng Top – Base Chỉ tiêu kỹ thuật Hệ số ổn định Sức chịu tải nền, trượt, ktr kN/m2 cm 0.97 40.33 12.5 2.32 69.31 1.64 - 63.89 2.9 Phương pháp móng cọc BTCT 3.4.2 Độ lún, Các tiêu kinh tế: Để so sánh giá thành xử lý phương pháp Top – Base phương pháp đóng cọc bê tơng cốt thép ta tiến hành xác định chi phí xử lý 100m chiều dài tường chắn, đồng thời dựa vào định mức xây dựng xây dựng số 1776, thông tư 04 – 2010 Bộ Xây dựng, đơn giá số 33 tỉnh Khánh Hòa giá vật liệu xây dựng tháng – 2013 liên sở Xây dựng – Tài tỉnh Khánh Hịa (bảng tính tốn chi tiết xem phụ lục) 78-Bảng 3.18: Bảng so sánh giá thành xử lý Biện pháp thi cơng STT Đơn vị Chi phí xây dựng Đóng cọc bê tơng cốt thép 100m 519.423.479 Móng Top – Base 100m 246.432.277 Tổng chênh lệch 3.5 272.991.202 Kết luận: Qua q trình phân tích tiêu kinh tế q trình thi cơng biện pháp xử lý đất yếu ta thấy biện pháp dùng cọc bê tông cốt thép phương án hữu thi cơng có giá thành đắt lần, thời gian thi công lâu so với việc dùng móng Top – Base hiệu gia cố tương đương 79-CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 4.1.1 NHỮNG KẾT QUẢ CHÍNH CỦA LUẬN ÁN Đánh giá chung: Việc nghiên cứu tổng quan biện pháp chủ yếu xử lý đất yếu xây dựng, cho phép người ta biết đặc điểm sử dụng, ngun lý tính tốn, biện pháp thi công đánh giá chất lượng biện pháp gia cố biện pháp Từ việc nghiên cứu tổng quan qua nguồn tài liệu gia cố đất yếu cho thấy việc nghiên cứu để đưa vào biện pháp cải tạo đất yếu cần thiết Công việc nghiên cứu sử dụng biện pháp gia cố đất biện pháp móng Top – Base mẻ đáp ứng địi hỏi thực tiễn thi cơng cơng trình đất yếu Trên sở tác giả chọn nội dung để làm đề tài cho luận án Luận án hồn thành dựa việc nghiên cứu, tìm hiểu từ tài liệu nước, từ dự án triển khai xây dựng điều kiện Việt Nam nước giới, đặc biệt nguồn tài liệu đơn vị thi công Licogi 16, công ty cổ phần Tadits Việt Nam Luận án nghiên cứu làm việc móng Top – Base, nghiên cứu phạm vi áp dụng , trình tự thi công cố xảy trình thi cơng Cũng biện pháp kiểm tra chất lượng thi cơng cơng trình 4.1.2 Kết luận: Sau nghiên cứu lý thuyết tổng hợp thực tiễn từ tài liệu công bố số dự án thực Việt Nam nước giới đồng thời áp dụng phương pháp vào cơng trình cụ thể kết cấu tường chắn đất cho dự án chỉnh trang đô thị tỉnh Khánh Hòa, tác giả rút số kết luận sau:  Thời gian thi công xử lý phần đất yếu ngắn, địi hỏi nhân cơng, cơng tác thi cơng giới hóa hồn tồn Thi cơng xong lớp Top – Base xây dựng phần kết cấu bên ngay, không tốn thời gian chờ lún cố kết số phương pháp khác  Sức chịu tải đất tăng lên đáng kể, theo tính tốn cho cơng trình cụ thể với địa chất đề cập chương sức chịu tải gia cố tăng lên 1.4 lần so với không sử dụng biện pháp gia cố 80- Do việc hạn chế biến dạng ngang nên độ lún cơng trình sử dụng biện pháp gia cố móng Top – Base giảm nhiều so với biện pháp không dùng biện pháp gia cố  Về chi phí xây dựng: so với phương án hữu áp dụng sử dụng móng cọc bê tơng cốt thép giá thành phương pháp mong Top – Base rẻ nhiều  Về điều kiện áp dụng: phương pháp chủ yếu dùng để gia cố đất yếu đáy móng nơng, áp dụng cho địa chất có số SPT N > 4.1.3 Kiến nghị:  Phương pháp gia cố áp rộng rãi giới, nhiên nước ta cịn hạn chế đặc biệt lĩnh vực giao thơng Vì vậy, cần phải thu thập thêm số liệu tính ứng dụng phương pháp điều kiện nước ta  Cũng phương pháp xử lý đất yếu khác cơng tác khảo sát địa kỹ thuật phải có số liệu thật xác để từ có biện pháp thiết kế hợp lý nhằm giảm giá thành cơng trình  Biện pháp áp dụng kết cấu móng nơng cần phải có nghiên cứu tính khả thi phương pháp áp dụng cho kết cấu móng sâu  Phương pháp Top – Base áp dụng nước ta nhiên quy trình thiết kế, thi cơng nghiệm thu chưa có cần có nhiều nghiên cứu để tiến tới ban hành quy trình thiết kế, thi cơng riêng cho phương pháp  Nội dung luận văn tác giả sử dụng phương pháp giải tích để đánh giá tính ổn định móng Top – Base Vì cần có mơ hình hóa hệ móng phương pháp phần tử hữu hạn thơng qua phần mềm tính ổn định kết cấu chuyên dụng 3.6 NHỮNG DỰ KIẾN NGHIÊN CỨU TIẾP THEO:  Nghiên cứu tính khả thi phương pháp móng Top – Base ứng dụng để xử lý đất yếu đường  Nghiên cứu phạm vi ứng dụng phương pháp loại đất yếu khác 81- Nghiên cứu loại tải trọng mà loại móng Top – Base chịu loại đất yếu khác  Xây dựng ban hành tiêu chuẩn thiết kế, thi cơng móng Top – Base áp dụng cho xử lý đất yếu xây dựng 82-TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH: In – place Top – Base method, new foundation method on soft ground – Banseok Top – Base Co., Ltd TIẾNG VIỆT: BỘ GTVT, Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu 22TCN 262 – 200, NXB Giao thông vận tải PGS.TS Nguyễn Ngọc Bích (2010), Các phương pháp cải tạo đất yếu xây dựng, NXB Xây dựng GS.TS Dương Ngọc Hải (2010), Xây dựng đường ô tô đắp đất yếu, NXB Xây dựng Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 45 – 78 Nền, nhà cơng trình Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 57 – 73 tiêu chuẩn thiết kế tường chắn cơng trình thủy cơng Bộ XD, Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205 – 1998 Móng cọc tiêu chuẩn thiết kế Nguyễn Bá Đồng, biện pháp xử lý đắp đường đất yếu cọc đất gia cố xi măng, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, lớp cao học xây dựng cơng trình giao thơng khóa 11 TS Phan Hồng Quân (2008), Ứng dụng công nghệ xử lý đất yếu TBM vào Việt Nam, Địa kỹ thuật số – 2008 10 GS TSKH Lê Bá Chương, Cơng trình đất yếu điều kiện Việt Nam, NXB trường đại học kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh 11 TS Phan Hồng Qn, Giáo trình Nền Móng cơng trình, NXB Giáo Dục 12 Phạm Huy Chính, Giáo trình Nền Móng cơng trình, NXB Xây dựng 13 GS.TS Nguyễn Văn Quảng, Giáo trình Nền Móng cơng trình, NXB Xây dựng 14 TS Nguyễn Đình Tiến, Bài giảng Nền Móng, Đại học Xây dựng Hà Nội 15 Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế tường chắn đất, NXB Giao thông vận tải 16 Võ Bá Tầm (2005), Kết cấu bê tông cốt thép (phần 3),NXB Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh 17 Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn (2003), Hướng dẫn thiết kế tường chắn cơng trình thủy lợi (H.D.T.L – – 76) 18 Nguyễn Uyên (2008), Xử lý đất yếu xây dựng, NXB Xây dựng 83-19 Ths Đỗ Đức Thắng, Bài giảng Top – Base Method 20 Công ty cổ phần tư vấn đầu tư LICOGI 16.8, Cơng nghệ thi cơng móng Top – Base ... - 12.9 - 20.3 16.2 - - 11 Chỉ số dẻo PI % 37.1 - 7.8 - 22 14.2 - - 12 Độ sệt LI 1.07 - 0.51 - 0.25 0.18 - - % 10.9 - - - - - - - độ 30’ - 24 12 - 17 52 2104 - - kG/cm2 0.102 - 0.159 - 0.563 -. .. đất thuộc dự án đường Bờ Kè sông Cái Trong chương tác giả trình bày nội dung tính tốn xử lý đất yếu móng Top – Base áp dụng vào toán cụ thể xử lý đất yếu móng tường chắn đất, phục vụ cho việc chắn. .. biện pháp xử lý đất yếu sau  2-1 Ý nghĩa thực tiễn luận văn: Ý nghĩa thực tiễn luận văn kết nghiên cứu luận văn hồn tồn áp dụng để thiết kế xử lý đất yếu đáy móng cơng trình biện pháp móng Top