chuyên đề nền móng phần 5 ppsx

43   t)r,(z,Pqh m S n 1 v t e1   (4.17) - Mức độ cố kết : rz n t t .MM-1-1 q t)r,(z,P S S U  (4.18) Trong các công thức trên : m v : hệ số nén của đất; e 1 : hệ số rỗng ban đầu của đất; q : tải trọng phân bố đều của công trình; P n (z,r,t) : áp lực nước lỗ rỗng; h : chiều dày lớp đất có giếng cát. 3.5.3 Thi công giếng cát. Quá trình thi công giếng cát nói chung giống như cọc cát. Có thể hạ ống thép xuống bằng máy đóng hoặc máy rung. Giếng cát nói chung chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta. 3.6 GIA CỐ NỀN BẰNG BẤC THẤM. 3.6.1 Phạm vi áp dụng. §©y lµ biƯn ph¸p míi ®-ỵc sư dơng ë n-íc ta vµ víi nh÷ng c«ng tr×nh ®· ®-ỵc tho¸t n-íc theo ph-¬ng th¼ng ®øng cđa bÊc thÊm chøng tá tèc ®é cè kÕt cđa nỊn ®Êt u lµ nhanh so víi c¸c ph-¬ng ph¸p kh¸c. BiƯn ph¸p nµy cã thĨ sư dơng ®-ỵc réng r·i v× theo kinh nghiƯm n-íc ngoµi, ®©y lµ biƯn ph¸p h÷u hiƯu trong bµi to¸n gi¶i qut tèc ®é cè kÕt cđa nỊn ®Êt u. C«ng nghƯ nµy thÝch dơng cho viƯc x©y dùng nhµ ë cã sè tÇng cã sè tÇng 3 ~ 4 tÇng x©y dùng trªn nỊn ®Êt míi lÊp mµ d-íi líp ®Êt lÊp lµ líp bïn s©u. 3.6.2 Mô tả về công nghệ. NỊn ®Êt s×nh lÇy, ®Êt bïn vµ ¸ sÐt b·o hoµ n-íc nÕu chØ lÊp ®Êt hc c¸t lªn trªn, thêi gian ®Ĩ líp s×nh lÇy cè kÕt rÊt l©u kÐo dµi thêi gian chê ®ỵi x©y dùng. C¾m xng ®Êt c¸c èng cã bÊc tho¸t n-íc th¼ng ®øng xng ®Êt lµm thµnh l-íi « víi kho¶ng c¸ch m¾t l-íi « lµ 500 mm. VÞ trÝ èng cã bÊc n»m ë m¾t l-íi. èng tho¸t n-íc cã bÊc th-êng c¾m s©u kho¶ng 18 ~ 22 mÐt. Ống tho¸t n-íc cã bÊc cã ®-êng kÝnh 50~60 mm. Vá èng b»ng nhùa cã rÊt nhiỊu lç ch©m kim ®Ĩ n-íc tù do qua l¹i. Trong èng ®Ĩ bÊc b»ng sỵi p«lime däc theo èng ®Ĩ n-íc dÉn theo bÊc lªn, xng, trong èng. Ph-¬ng ph¸p nµy ®-ỵc gäi lµ ph-¬ng ph¸p tho¸t n-íc th¼ng ®øng (vertical drain). ViƯc c¾m èng xng ®Êt nhê lo¹i m¸y c¾m bÊc thÊm. Khi nỊn ®Êt ®-ỵc ®ỉ c¸c líp c¸t bªn trªn ®Ĩ n©ng ®é cao ®ång thêi dïng lµm líp gia t¶i gióp cho sù ch¾t bít n-íc ë líp d-íi s©u ®Ĩ líp ®Êt nµy cè kÕt ®đ kh¶ n¨ng chÞu t¶i, n-íc trong ®Êt bÞ ¸p lùc cđa t¶i lµm n-íc t¸ch ra vµ lªn cao 44 theo bÊc, ®Êt cè kÕt nhanh. Khi gi¶m t¶i, n-íc chøa trong èng cã bÊc mµ kh«ng hc Ýt trë l¹i lµm nh·o ®Êt. KÕt hỵp sư dơng v¶i ®Þa kü tht tiÕp tơc ch¾t n-íc trong ®Êt vµ ®ỉ c¸t bªn trªn sÏ c¶i thiƯn tÝnh chÊt ®Êt nỊn nhanh chãng. Võa qua t¹i Vòng Tµu Bµ RÞa nhiỊu nhµ m¸y ®-ỵc gia cè b»ng ph-¬ng ph¸p sư dơng bÊc thÊm vµ kÕt qu¶ cho thÊy rót ng¾n ®-ỵc thêi gian ỉn ®Þnh nỊn ®Êt lµ ®¸ng kĨ. §-êng qc lé sè 5 nèi Hµ néi víi H¶i Phßng, nhiỊu ®o¹n nỊn ®Êt còng ®-ỵc gia cè b»ng bÊc thÊm. BÊc thÊm ®-ỵc dïng nhiỊu trong viƯc x©y dùng ®-êng ®i qua vïng ®ång b»ng s«ng Hång , ®ång b»ng s«ng Cưu Long. BÊc thÊm lµm cho nỊn ®Êt ỉn ®Þnh nhanh h¬n chê ỉn ®Þnh tù nhiªn ®-ỵc nhiỊu thêi gian. BÊc thÊm ®-ỵc sư dơng ë n-íc ta trong vßng 5 n¨m trë l¹i ®©y. 3.6.3 Ứng dụng trong thực tế. a. Trong n-íc : ViƯc sư dơng bÊc thÊm ë n-íc ta míi xt hiƯn kho¶ng 15 n¨m trë l¹i ®©y. Nh÷ng c«ng tr×nh sư dơng bÊc thÊm víi sè l-ỵng nhiỊu tËp trung cho c¸c c«ng tr×nh nỊn ®-êng nh- ®-êng qc lé 5 - Hµ néi - H¶i Phßng, nhiỊu ®o¹n trªn ®-êng qc lé 1A, nhÊt lµ nh÷ng ®-êng xa lé t¹i ®ång b»ng s«ng Cưu Long nh- c¸c ®-êng thc c¸c tØnh miỊn T©y Nam bé vµ nhiỊu con ®-êng thc tØnh Cµ Mau. C«ng tr×nh d©n dơng vµ c«ng nghiƯp sư dơng bÊc thÊm ®-ỵc dïng réng r·i ë c¸c khu c«ng nghiƯp ë Bµ RÞa-Vòng Tµu nh- t¹i c¸c nhµ m¸y ®iƯn Phó Mü, nhµ m¸y Ho¸ chÊt b. N-íc ngoµi : BiƯn ph¸p sư dơng bÊc thÊm ®-ỵc sư dơng còng kh«ng qu¸ l©u so víi sù x©m nhËp ph-¬ng ph¸p c«ng nghƯ nµy vµo n-íc ta. T¹i Philippines, Indonªxia lµ nh÷ng ®¶o cã nhiỊu vïng tròng x×nh lÇy, viƯc sư dơng bÊc thÊm kh¸ phỉ biÕn. HìnhI V.5 Cắm bấc thấm vào nền sét yếu 45 3.7 GIA CỐ NỀN BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT. 3.7.1 Gia cố nền đường. Đối với nền đất đắp, việc đặt vào 1 hoặc nhiều lớp vải địa kỹ thuật sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đường chống lại sự trượt tròn. Mặt khác, vải địa kỹ thuật còn có tác dụng làm cho độ lún của nền đất đắp được đồng đều hơn. Phạm vi áp dụng : xử lý cục bộ sự mất ổn định của nền đất đắp, sử dụng nhiều trong các cơng trình giao thơng hoặc nền gia cố bằng đệm cát, giếng cát, gia cường cho tường chắn, … Một số lưu ý khi gia cố nền đường : Nên sử dụng các vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lưới kỹ thuật) có cường độ cao, biến dạng nhỏ, lâu lão hóa làm lớp thảm tăng cường cho nền đất đắp. Hướng dọc hoặc hướng có cường độ cao của lớp thảm phải thẳng góc với tim đường. Việc sử dụng vật liệu địa kỹ thuật khơng bị hạn chế bới điều kiện địa chất, nhưng khi nền đấtcàng yếu thì tác dụng càng rõ. Số lớp thảm tăng cường phải dựa vào tính tốn để xác định, có thể bố trí 1 hoặc nhiều lớp, cách nhau khoảng 15 – 30cm. Phải bố trí đủ chiều dài đoạn neo giữ, trong chiều dài đoạn neo, tỷ số của lực ma sát với mặt trên và mặt dưới của lớp thảm P f và lực kéo thiết kế của lớp thảm P j phải thỏa mãn điều kiện : 5,1 j j f P P  Góc ma sát giữa lớp thảm và vật liệu đắp  f nên dựa vào kết quả thí nghiệm để xác định, nếu khơng làm được thí nghiệm, có thể xác định theo cơng thức sau : q f tgφ 3 2 tgφ  Trong đó  q là góc ma sát trong xác định bằng thí nghiệm cắt nhanh của vật liệu đắp tiếp xúc với lớp thảm. 46 3.7.2 Gia cố tường chắn đất. Hiện nay người ta chọn phương pháp gia cố phần đất đắp sau lưng tường bằng vải địa kỹ thuật hay các lưới kim loại để tạo ra các tường chắn đất mềm dẻo nhằm thay thế các loại tường chắn thông thường bằng tường cứng. Các lớp vải địa kỹ thuật này sẽ chịu áp lực ngang từ khối đất sau lưng tường.  Cấu tạo tường chắn như sau : Ghi chú : P a1 = K a γH; P a2 = K a q; S v : khoảng cách giữa các lớp vải (chiều dày lớp đất); L e : chiều dài đoạn neo giữ cần thiết, L e ≥ 1m. L r : chiều dài lớp vải nằm trước mặt trượt; L o : chiều dài đoạn vải ghép chồng. Tồng chiều dài : ∑L = L e + L r + L o + S v Chiều dài thiết kế : L = L e + L r  Tính toán khoảng cách và chiều dài lớp vải : Xét áp lực ngang tác dụng lên 1m dài tường : SF T SP va  47 - Tính tốn được khoảng cách giữa các lớp vải : SFP T S a v  Trong đó : FS - hệ số an tồn lấy bằng 1,3 – 1,5; T : cường độ chịu kéo của vải (T/m; KN/m), được cung cấp từ nhà sản xuất tùy theo mỗi loại vải. - Tính tốn chiều dài neo giữ cần thiết : )Ztg2(C FSPS L a av e    ≥ 1m. - Tính tốn chiều dài lớp vải nằm trước mặt trượt : L r = (H-Z)tg(45 0 -υ/2) - Tính tốn chiều dài đoạn vải ghép chồng : )Ztg4(C FSPS L a av o    ≥ 1m. Ngồi ra cần kiểm tra về điều kiện chống trượt và chống lật đổ của tường chắn như các loại tường chắn thơng thường. Hình IV.6 Tường vải đòa kỹ thuật 48 Chương 4 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MỘT SỐ LOẠI MÓNG CỌC 4.1 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI. 4.1.1 Đặc điểm phạm vi áp dụng. - Móng cọc khoan nhồi là loại móng đổ tại chỗ, thi công bằng phương pháp thủ công hoặc cơ giới tuỳ theo điều kiện về trang thiết bò. - Móng cọc khoan nhồi có thể áp dụng rộng rãi trong các ngành cầu đường, thuỷ lợi, xây dựng dân dụng và công nghiệp. Đặc biệt là các công trình có tải trọng lớn như cầu, nhà cao tầng, nhà xây chen ở các đô thò vv - Ở nước ta cọc khoan nhồi được sử dụng từ những năm 80, từ hình thức tạo lỗ bằng thủ công cho đến nay đã có những thiết bò hiện đại để tạo lỗ và đổ bê tông bằng các quy trình khác nhau. (Ví dụ : + Tháp truyền hình Tokyo đặt trên 8 cọc khoan nhồi, có đường kính D = 3,5m. + Cầu Mỹ Thuận sử dụng khoan nhồi có đường kính D = 2,4m, dài 96m. Mỗi trụ có 16 cọc sức chòu tải mỗi cọc là 6.307 tấn. + Cầu Cần Thơ nhòp 500m, trụ có 6 cọc khoan nhồi D = 2,5 – 3,0m, sâu 100 – 120m). - Những ưu điểm chính của cọc khoan nhồi : + Có sức chòu tải lớn, với đường kính lớn và chiều sâu lớn có thể tới hàng nghìn tấn. + Thi công không gây ra chấn động đối với các công trình và môi trường ở xung quanh khắc phục được nhược điểm này của cọc đóng. + Có thể mở rộng đường kính và tăng chiều dài cọc đến độ sâu tuỳ ý (đường kính phổ biến hiện nay từ 60 - 250cm. Chiều sâu đến 100m). Khi điều kiện đòa chất và thiết bò thi công cho phép, có thể mở rộng m cọc hoặc mở rộng thân cọc để làm tăng sức chòu tải của cọc. + Lượng thép bố trí trong cọc thường ít hơn so với các loại cọc lắp ghép (với cọc đài thấp ). - Những khuyết điểm của cọc khoan nhồi : + Việc kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi rất phức tạp, gây ra tốn kém trong thi công. 49 + Ma sát thành cọc với đất giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do quá trình khoan tạo lỗ. + Việc sử lý các khuyết tật của cọc khoan nhồi rất phức tạp (trong một số trường hợp phải bỏ đi để làm cọc mới). + Công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật cao để tránh các hiện tượng phân tầng khi thi công bê tông dưới nước có áp, cọc đi qua các lớp đất yếu có chiều dầy lớn. + Giá thành cao hơn so với các phương án cọc đóng và cọc ép khi xây dựng các công trình thấp tầng (theo thống kê : khi công trình dưới 12 tầng giá thành phương án cọc khoan nhồi có thể cao hơn 2 - 2,5 lần so với phương án khác – nhưng khi xây dựng nhà cao tầng hay các cầu lớn, thì phương án cọc khoan nhồi lại hợp lý hơn). 4.1.2 Thiết kế móng cọc khoan nhồi. Trình tự thiết kế móng cọc khoan nhồi gồm các bước sau : - Xác đònh tải trọng xuống móng. - Chọn độ sâu chôn móng (cọc đài thấp). - Lựa chọn cọc : Đường kính, chiều dài cọc. - Tính toán sức chòu tải của cọc. - Xác đònh số lượng cọc, bố trí cọc. - Kiểm tra áp lực trên đất nền về điều kiện biến dạng (tính lún). - Tính toán đài cọc. - Kiểm tra khả năng chòu tải ngang. 4.1.2.1 Xác đònh tải trọng tác dụng xuống móng. Căn cứ vào kết quả tính toán phần kết cấu bên trên, xác đònh tải trọng tác dụng xuống móng. Cần phải lưu ý điểm đặt của các thành phần tải trọng này để xác đònh tổng moment khi kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng (đây chính là vò trí khi xác đònh chiều dài tính toán của tầng dưới cùng khi giải khung). 4.1.2.2 Lựa chọn chiều sâu chôn móng. Để lựa chọn độ sâu đặt đáy đài làm kết hợp các yếu tố : Quy mô công trình, độ lớn của tải trọng; đặc điểm về đòa chất công trình, đòa chất thuỷ văn; đặc điểm của các công trình hạ tầng và nền móng các công trình lân cận. Để thoả mãn điều kiện tính toán theo móng cọc đài thấp, cần kiểm tra điều kiện : 50 h  h min x 0,7. Trong đó : m 0 min γB 2H ) 2 tg(45h    : Góc ma sát trong của lớp đất đặt đáy đài. H : Tổng lực ngang tác dụng nên móng.  : Dung trọng trung bình của đất từ đáy đài trở lên. B m : Chiều rộng của đài cọc (giả thiết sau đó kiểm tra lại). 4.1.2.3 Chọn đường kính cọc, chiều dài cọc. Cần xem xét kỹ mặt cắt đòa chất, đòa tầng, vò trí xây dựng công trình tương ứng với mặt cắt đòa chất để chọn vò trí đặt mũi cọc; từ độ sâu đặt đáy đài đã chọn, ta có được chiều dài cọc. Lựa chọn đường kính cọc cần tương ứng với chiều dài cọc. 4.1.2.4 Xác đònh sức chòu tải của cọc khoan nhồi. a. Sức chòu tải theo vật liệu làm cọc : P v = (m 1 .m 2 .R b .F + R a .F a ) Trong đó :  : Hệ số uốn dọc của cọc. Khi cọc đài thấp xuyên qua các lớp than bùn, đất sét yếu, bùn, cọc đài cao ->  được tra bảng, phụ thuộc l tt /b và l tt / d Khi cọc đài thấp, xuyên qua các lớp khác với các lớp trên thì  = 1. Bảng tra hệ số uốn dọc  l tt /b 14 16 18 20 22 24 26 28 30 L tt / d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26  0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 R b : Cường độ tính toán của bêtông khi nén mẫu hình trụ. F b : Diện tích tiết diện ngang của bêtông. R a : Cường độ chòu nén tính toán của cốt thép. F a : Diện tích thiết diện ngang của cốt dọc m 1 : Hệ số điều kiện làm việc, khi cọc nhồi qua ống chuyển dòch thẳng đứng m 1 = 0,85. m 2 : Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc :  Thi công trong đất sét, không cần chống vách, mực nước ngầm thấp hơn mũi khoan : m 2 = 1,0. 51  Thi công trong các loại đất cần phải dùng ống chống vách – mực nước ngầm không xuất hiện trong hố khoan - m 2 = 0,9.  Thi công trong đất cần chống vách và đổ bêtông dưới huyền phù sét - m 2 = 0,7. * Lưu ý : Có thể sử dụng công thức sau : P v = R u .F b +R an .F a Trong đó : R u : Cường độ tính toán của bêtông được xác đònh như sau :  Đối với cọc đổ bê tông dưới nước hoặc huyền phù sét thì : R u = R/4,5 nhưng không lớn hơn 60 kg/cm 2 .  Đối với cọc đổ bê tông trong hố khoan khô thì : R u = R/4,0 nhưng không lớn hơn 70 kg/cm 2 . R : Mác thiết kế của bê tông cọc. R an : Cường độ chòu nén tính toán của cốt thép :  Khi thép   28mm thì R an = R c /1,5 nhưng không lớn hơn 2.200 kg/cm 2 .  Khi thép  > 28mm thì R an = R c /1,5 nhưng không lớn hơn 2.000 kg/cm 2 . R c : Giới hạn chảy của cốt thép. b. SCT theo chỉ tiêu cơ lý (TN trong phòng) : Theo Phụ lục A (TCXD 205 : 1998) sức chòu tải tính toán của cọc được xác đònh theo công thức : tc k Q Q tc a  Trong đó : k tc : Hệ số tin cậy phụ thuộc vào kết quả thí nghiệm cọc hiện trường, đài thấp hoặc cao, cọc chòu nén hoặc nhổ Nhưng thường k tc 1,25 (quy đònh cụ thể theo tiêu chuẩn). Q tc = m(m R .RF+u m fi .f si .l i ) Trong đó : m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy =1 m R ,m f : Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt phẳng mũi cọc và thân cọc, m f tra bảng : m R = 1, khi cọc không mở rộng đáy. m R = 0,9, khi cọc mở rộng đáy bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước. m R = 1,3 Khi cọc mở rộng đáy bằng nổ mìn. 52 R : Sức kháng tính toán của đất dưới mũi cọc – tra bảng. Bảng tra hệ số m f Loại cọc và phương pháp thi công cọc m f khi hạ trong đất Cát Cát pha sét pha sét - Cọc nhồi khi đóng ống rỗng có mũi - Cọc nhồi rung ép - Cọc nhồi trong đó kể cả mở rộng đáy đổ bê tông : a. Khi không có nước trong hố khoan b. Dưới nước hoặc dung dòch sét 0,8 0,9 0,7 0,6 0,8 0,9 0,7 0,6 0,8 0,9 0,7 0,6 0,7 0,9 0,6 0,6 u : Chi vi ngoài của diện tích ngang cọc. f si : Cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc (tra bảng). l i : Chiều dày lớp đất thứ i cọc đi qua. * Sức chòu tải của cọc nhồi chòu nhổ theo đất nền : P nh = m.n  m fi .f i .l i Trong đó : m : hệ số điều kiện làm việc : - Khi cọc cắm vào đất < 4m – m = 0,6; - Khi cọc cắm vào đất  4m – m = 0,8. Các hệ số khác như trên. c. Sức chòu tải của cọc theo kết quả xuyên tónh : Theo TCXD 205 : 1998 (Phụ lục C) : 3 P 3-2 P P x xq mũi  Trong đó : P mũi = q p .F P xq = U  q si .h i Ở đây : q p : sức cản phá hoại của đất ở thân cọc : q p = k.q c q c : sức kháng trung bình của mũi xuyên trong phạm vi 3d ở phía trên và 3d ở phía dưới mũi cọc. k : hệ số phụ thuộc vào loại đất và phương pháp thi công cọc. q si : thành phần ma sát thành của thiết bò xuyên khi đi qua lớp đất thứ i : . dơng bÊc thÊm kh¸ phỉ biÕn. HìnhI V .5 Cắm bấc thấm vào nền sét yếu 45 3.7 GIA CỐ NỀN BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT. 3.7.1 Gia cố nền đường. Đối với nền đất đắp, việc đặt vào 1 hoặc nhiều. tầng và nền móng các công trình lân cận. Để thoả mãn điều kiện tính toán theo móng cọc đài thấp, cần kiểm tra điều kiện : 50 h  h min x 0,7. Trong đó : m 0 min γB 2H ) 2 tg(45h   . Chương 4 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MỘT SỐ LOẠI MÓNG CỌC 4.1 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI. 4.1.1 Đặc điểm phạm vi áp dụng. - Móng cọc khoan nhồi là loại móng đổ tại chỗ, thi công bằng phương pháp