23 vào các sơ đồ phổ biến trong thực tế để lựa chọn độ sâu chôn móng và các loại móng cho phù hợp. Về điều kiện thủy văn của khu vực xây dựng cần phải được xem xét thận trọng về biên độ dao động của mực nước ngầm, dòng chảy ngầm có thể gây ra hiện tượng cát chảy… đây là một trong những yếu tố làm cơ sở cho việc lựa chọn phương án móng, độ sâu chôn móng, biện pháp thi công móng… Khi mực nước ngầm nằm cao hơn đế móng, do tác dụng đẩy nổi của nước, sẽ làm giảm trò số ứng suất tác dụng lên nền và hạn chế khả năng chống trượt khi chòu lực ngang. Vì vậy, trong mọi trường hợp nên cố gắng đặt móng ở bên trên mực nước ngầm. b. nh hưởng của trò số và tính chất truyền tải trọng của công trình. Khi công trình chòu tải trọng lớn thì móng cần đặt sâu để giảm bớt diện tích đế móng và hạn chế khả năng lún và biến dạng không đều của đất nền. Khi công trình chòu tải trọng ngang và moment uốn lớn, móng cũng phải có chiều sâu đủ lớn để đảm bảo ổn đònh về trượt và lật. c. nh hưởng của đặc điểm và yêu cầu sử dụng công trình. Chiều sâu chôn móng còn phụ thuộc vào sự có mặt của các công trình như tầng hầm, đường giao thông, đường ống dẫn nước… cũng như các công trình lân cận đã xây dựng. Đáy móng phải được đặt sâu hơn tầng hầm ít nhất 40cm và mặt trên của móng phải nằm ở dưới sàn tầng hầm. Khi công trình tiếp cận với các đường giao thông ngầm thì đế móng cần đặt sâu hơn các vò trí trên tối thiểu 20 – 40cm. Việc xem xét tình hình xây dựng và đặc điểm móng của các công trình xây dựng lân cận là hết sức quan trọng. Khi cao trình đáy móng mới và cũ khác nhau thì phải đảm bảo điều kiện tối thiểu về khoảng cách và góc truyền lực để các móng không ảnh hưởng lẫn nhau. d. nh hưởng của biện pháp thi công móng. Chiều sâu chôn móng có liên quan đến phương pháp thi công móng. Nếu lựa chọn chiều sâu chôn móng một cách hợp lý thì có thể rút ngắn thời gian xây dựng móng và biện pháp thi công không đòi hỏi phức tạp. Có thể đề xuất ra nhiều phương án móng, độ sâu chôn móng để lựa chọn phương án cho phù hợp. 24 Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ, CẢI TẠO ĐẤT NỀN 3.1 ĐỆM CÁT. 3.1.1 Phạm vi áp dụng. Đệm cát thường sử dụng khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước như sét nhão; cát pha bão hòa nước, sét pha nhão; bùn; than bùn có chiều dày không lớn lắm (nhỏ hơn 3m). Người ta bóc bỏ các lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cát có khả năng chòu lực lớn hơn. Đệm cát có các tác dụng sau đây : - Lớp đệm cát đóng vai trò như một lớp chòu lực tiếp thu tải trọng công trình truyền xuống lớp đất thiên nhiên. Làm tăng sức chòu tải của đất nền. - Làm giảm độ lún của móng; giảm độ lún lệch của móng do có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong đất nền ở dưới tầng đệm cát. - Giảm chiều sâu chôn móng từ đó giảm khối lượng vật liệu xây móng. - Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chòu tải của nền và rút ngắn quá trình lún. Tuy nhiên, khi sử dụng biện pháp đệm cát cần phải chú ý đến trường hợp sinh ra hiện tượng cát chảy, xói ngầm trong nền do nước ngầm hoặc hiện tượng hóa lỏng do tác dụng của tải trọng động. Những trường hợp sau đây không nên sử dụng đệm cát : 25 - Lớp đất phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m, lúc này đệm cát có chiều dày lớn, thi công khó khăn, không kinh tế. - Mực nước ngầm cao và có áp. Lúc này hạ mực nước ngầm rất tốn kém và đệm cát không ổn đònh. Kích thước đệm cát được xác đònh bằng tính toán nhằm thoả mãn 2 điều kiện : ổn đònh về cường độ và đảm bảo độ lún của công trình sau khi có đệm cát nằm trong giới hạn cho phép. 3.1.2 Tính toán đệm cát. Kích thước đệm cát được xác đònh từ điều kiện : 1 + 2 R đy (3.1) Trong đó : 1 : ƯS thường xuyên do trọng lượng bản thân đất trên cốt đáy móng và của đệm cát tác dụng trên mặt lớp đất yếu dưới đáy đệm cát. 2 : ƯS do công trình gây ra, truyền trên mặt lớp đất yếu đáy đệm cát. 2 = K o ( o tc - h M ) (3.2) Trong đó : K o : hệ số phụ thuộc vào m = 2z/b và n = l/b, được tra bảng. o tc : ứng suất tiêu chuẩn trung bình dưới đáy móng xác đònh như sau : a. Trường hợp móng chòu tải trọng đúng tâm : o tc = F N .h tc o Mtb γ (3.3) b. Trường hợp móng chòu tải trọng lệch tâm : o tc = 2 tc min tc max (3.4) W F N .h tc tc o Mtb tc minmax, M γσ (3.5) Trong đó : tc 0 N : tổng tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng của công trình tác dụng lên móng; tc M : tổng moment do tải trọng công trình tác dụng vào móng; F : diện tích đáy móng; W : moment chống uốn của tiết diện đáy móng; tb : dung trọng trung bình của móng và đất đắp lên móng. 26 hĐ hM bĐ b Hình 3.1 Sơ đồ tính toán đệm cát. Cướng độ tính toán tại mặt lớp đất yếu, dưới đáy lớp đệm cát xác đònh theo công thức : R đy = tc 21 K mm (Ab y II + BH y ’ II + Dc II - ’ II h o ) (3.6) Trong đó : A,B,D : tra bảng phụ thuốc vào II ; b y : bề rộng móng quy ước, xác đònh như sau : + Đối với móng băng : b y = .lσ N 2 tc o (3.7) + Đối với móng chữ nhật : b y = y 2 FΔ ; = 2 bl (3.8) 2 tc o y σ N F (3.9) Để đơn giản, chiều dày đệm cát có thể được tính toán theo công thức : h đ = K.b (3.10) N 0 tc o tc =h M R đ y 1 2 27 R1 R2 6,0 4,0 3,0 2,0 1,0 5,0 0,0 0,5 1,0 1,5 K b l =1 =2 b l =x l b Hình 3.2 Biểu đồ xác đònh hệ số K. Trong đó : K : hệ số phụ thuộc vào tỷ số l/b và R 1 /R 2 tra trên biểu đồ hình 3.2. R 1 : cường độ tính toán của đệm cát, thường được xác đònh bằng thí nghiệm nén tónh tại hiện trường hoặc theo công thức quy phạm. R 2 : cường độ tính toán của lớp đất yếu nằm dưới đệm cát, thường được xác đònh bằng bàn nén tại hiện trường hoặc tính toán theo C II ; II . Chiều rộng đệm cát xác đònh như sau : b đ = b + 2h đ .tg (3.11) : góc truyền lực của cát hoặc có thể lấy trong khoảng 30 – 45 o . Kiểm tra về độ lún : S = S 1 + S 2 S gh (3.12) Trong đó : S 1 : độ lún của đệm cát; S 2 : độ lún của các lớp đất nằm dưới đệm cát trong vùng chòu nén; S gh : độ lún cho phép. 3.1.3 Thi công đệm cát. Hiệu quả của đệm cát phụ thuộc phần lớn vào công tác thi công, do vậy phải đầm nén đảm bảo đủ độ chặt và không làm phá hoại kết cấu của lớp đất bên dưới. Trường hợp không có nước ngầm, cát được đổ từng lớp dày khoảng 20cm, làm chặt bằng đầm lăn, đầm rung… khi có nước ngầm cao, phải có biện pháp hạ mực nước ngầm hoặc dùng biện pháp thi công trong nước. Độ ẩm đầm nén tốt nhất của cát làm vật liệu lớp đệm xác đònh theo công thức sau đây : s n tn 0,7.e. W γ γ (3.13) Trong đó : e : hệ số rỗng của cát trước khi đầm nén; n : trọng lượng riêng của nước = 10 KN/m 3 ; s : trọng lượng riêng của cát. Sau khi đầm nén cần kiểm tra lại độ chặt của đệm cát bằng cách sử dụng xuyên tiêu chuẩn; xuyên tónh hoặc xuyên động. 28 3.1.4 Trình tự thiết kế móng sử dụng đệm cát. a. Chọn độ sâu chôn móng : Căn cứ vào điều kiện đòa chất công trình và tải trọng tác dụng, phân tích để lựa chọn phương án, từ đó chọn độ sâu chôn móng (độ sâu này có thể điều chỉnh trong quá trình tính toán chi tiết). Thông thường độ sâu chôn móng trên đệm cát được chọn bình thường giống như đặt trên nền đất tốt (sơ đồ số 1). b. Xác đònh kích thước móng và kiểm tra điều kiện áp lực : Gồm các bước sau : - Xác đònh cường độ tính toán quy ước của cát làm đệm (theo công thức quy đổi của quy phạm). - Xác đònh diện tích đế móng và xác đònh kích thước móng. - Xác đònh chiều dày của đệm cát : để đơn giản, chiều dày thường được chọn trước sau đó kiểm tra lại, nếu không đạt có thể tăng chiều dày đệm, nhưng đệm không nên dày quá 3m, lúc này có thể chuyển sang phương án móng khác). - Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu (đáy đệm cát). - Tính toán độ lún của móng. - Tính toán các kích thước của đệm cát (theo mặt bằng). - Tính toán độ bền và cấu tạo móng (giồng như móng nông trên nền thiên nhiên). Cùng nguyên tắc với đệm cát, còn dùng đệm đất, đệm đá sỏi… tùy theo khả năng cung cấp ở từng khu vực xây dựng. 3.2 CỌC CÁT. 3.2.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng. Cọc cát được sử dụng trong các trường hợp sau đây : Công trình chòu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày > 3m. Những trường hợp sau đây không nên dùng cọc cát : - Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất (khi hệ số rỗng nén chặt nc > 1 thì không nên dùng cọc cát. - Chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng > 3m, lúc này dùng đệm cát tốt hơn. Tác dụng của cọc cát : - Làm cho độ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm đi, trọng lượng thể tích, modun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên. - Do nền đất được nén chặt, nên sức chòu tải tăng lên, độ lún và biến 29 dạng không đều của đất nền dưới đế móng giảm đi một cách đáng kể. - Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng làm việc đồng thời, đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền được nén chặt bằng cọc cát có thể được coi như một nền thiên nhiên. - Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hoặc nền gia cố bằng cọc cứng. Phần lớn độ lún của công trình diễn ra trong quá trình thi công, do vậy công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn đònh. Sử dụng cọc cát rất kinh tế so với cọc cứng (so với cọc bê tông giá thành giảm 50%, so với cọc gỗ giảm 30%), không bò ăn mòn, xâm thực. Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi những thiết bò thi công phức tạp. 3.2.2 Tính toán và thiết kế cọc cát. a. Hệ số rỗng của nền được gia cố bằng cọc cát : Từ điều kiện : minmax max d ee ee nc I ta có : e nc = e max – I D (e max – e min ) (4.1) Trong đó : e max : hệ số rỗng của cát ở trạng thái xốp nhất. e min : hệ số rỗng của cát ở trạng thái chặt nhất. I D : độ chặt tương đối = 0,7-0,8. b. Xác đònh nền được nén chặt : F nc = 1,4b (l + 0,4b) (4.2) Trong đó : b : chiều rộng đáy móng (m). l : chiều dài đáy móng (m). (Kích thước phạm vi nén chặt mở rộng về mỗi phía 0,2b). Tỷ lệ diện tích của tất cả các cọc cát F c đối với diện tích đất nền được nén chặt F nc được xác đònh như sau : 0 nc0 nc 0 e1 ee Ω F F (4.3) c. Số lượng cọc cát cần thiết là : n = c nc f F (4.4) 30 Trong đó : f c - diện tích mặt cắt ngang của mỗi cọc cát (lấy bằng diện tích mặt cắt ngang của ống thép tạo lỗ cọc cát). 0,2b b 0,2b Fmóng Fnén chặt d L A B C L Hình 4.1 Bố trí cọc cát để nén chặt nền Hình 4.2 Sơ đồ để xác đònh khoảng cách giữa tim các cọc cát d. Bố trí cọc cát : Cọc cát thường được bố trí theo hình tam giác, đó là sơ đồ có lợi nhất về mặt làm chặt đất ở khoảng giữa các cọc cát. Khoảng cách giữa các cọc là : 0nc nc 0,95dL γγ γ (4.5) Trọng lượng riêng của đất sau khi nén chặt bằng cọc cát : ) 1 W(1 nc s nc γ γ γ (4.6) Trong đó : W : độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên. o : trọng lượng riêng của đất ở trạng thái tự nhiên. D : đường kính cọc cát. 3.2.3 Thi công cọc cát. Cọc cát được thi công bằng máy chuyên dùng. Sử dụng ống thép tạo lỗ và nhồi cát vào trong ống. Cần lưu ý khi đào hố móng không đào sâu đến cao trình thiết kế mà để lại khoảng 1m, sau này khi thi công móng mới đào tiếp vì cát ở đoạn đầu trên của cọc thường không chặt. ng thép được hạ xuống bằng chấn động đến độ sâu cần thiết, nhồi cát và rút ống lên từ từ. Sau khi thi công cần kiểm tra lại bằng các phương pháp sau đây : - Khoan lấy mẫu đất ở giữa các cọc cát để xác đònh trọng lượng riêng của đất được nén chặt nc , hệ số rỗng nén chặt e nc và c, sau khi nén chặt. Từ đó tính ra cường độ của đất nền sau khi nén chặt. - Dùng xuyên tiêu chuẩn để kiểm tra độ chặt của cát trong cọc và đất 31 giữa các cọc cát. - Thử bàn nén tónh tại hiện trường, trên mặt nền cọc cát. Diện tích bàn nén phải lớn để trùm qua được ít nhất 3 cọc cát. Thông thường, nếu cọc cát được thi công tốt, sức chòu tải của đất nền có thể tăng lên gấp 2-3 lần so với ban đầu. 3.3 CỌC XI MĂNG TRỘN ĐẤT. 3.3.1 Phạm vi áp dụng. Ph-¬ng ph¸p nµy míi ®-ỵc giíi thiƯu vµo n-íc ta nh-ng ®iỊu kiƯn sư dơng réng r·i cßn h¹n chÕ. §©y lµ biƯn ph¸p cã ý nghÜa kinh tÕ cao, nªn ®-ỵc thÝ ®iĨm nhiỊu nhµ h¬n n÷a ®Ĩ cã kÕt qu¶ nh©n réng diƯn sư dơng. Lo¹i gia cè nỊn theo c«ng nghƯ nµy cã thĨ lµm mãng cho nhµ cã ®é cao tíi 12 tÇng. 3.3.2 Mô tả về công nghệ. Dïng m¸y ®µo kiĨu gµu xoay, bá gµu vµ l¾p l-ìi khy ®Êt kiĨu l-ìi chÐm ngang ®Ĩ lµm t¬i ®Êt trong hè khoan mµ kh«ng lÊy ®Êt khái lç khoan. Xoay vµ Ên cÇn xoay ®Õn ®é s©u ®¸y cäc. Ta ®-ỵc mét cäc mµ bªn trong ®Êt ®-ỵc khy ®Ịu. Khi mòi khy ë ®¸y cäc th× b¾t ®Çu b¬m s÷a xi m¨ng ®-ỵc dÉn trong lßng cÇn khoan ®Õn mòi khoan. §Êt l¹i ®-ỵc trén víi s÷a xi m¨ng thµnh d¹ng xỊn xƯt cã xi m¨ng. Võa rót võa b¬m s÷a xi m¨ng vµ trén. Ci cïng khi cÇn khoan n©ng mòi lªn ®Õn mỈt ®Êt, ta ®-ỵc cäc ®Êt trén xi m¨ng. Xi m¨ng sÏ ph¸t triĨn c-êng ®é nh- tÝnh to¸n. Nh÷ng cäc xi m¨ng ®Êt trén -ít th-êng bè trÝ s¸t nhau d-íi ch©n mãng b¨ng, ®-êng kÝnh cäc nä s¸t cäc kia. L-ỵng xi m¨ng dïng cho 1 m 3 cäc tõ 250 kg ®Õn 350 kg. Tû lƯ N-íc/Xim¨ng lµ 60% ®Õn 120% víi s÷a xi m¨ng b¬m xng cäc. Sau 28 ngµy, khoan lÊy mÉu trong c¸c cäc nµy c-êng ®é ®¹t 17 kG/cm 2 víi l-ỵng xi m¨ng lµ 250 kg/m 3 vµ h¬n n÷a t thc lo¹i ®Êt t¹i chç. Ph-¬ng ph¸p nµy ®· ®-ỵc c¸c n-íc Hoa kú, Anh, Ph¸p, §øc vµ nhiỊu n-íc ch©u ¢u kh¸c sư dơng. N-íc NhËt còng x©y dùng nhiỊu nhµ víi lo¹i cäc nµy. Víi cäc nµy cã thĨ x©y dùng nhµ tõ 8 tÇng ®Õn 10 tÇng. GÇn ®©y c¸c h·ng cđa §øc giíi thiƯu vµo n-íc ta lo¹i m¸y do Hercules Grundlägging s¶n xt ®Ĩ lµm cäc xi m¨ng ®Êt. Lo¹i nµy cã thĨ lµm ®-ỵc nh÷ng cäc ®Êt trén xi m¨ng -ít ®-êng kÝnh 600 mm, s©u b×nh qu©n 4,4 mÐt hay h¬n n÷a. Thay cho xi m¨ng ®¬n thn, ta cã thĨ trén xi m¨ng víi v«i ®Ĩ thµnh cäc v«i - xi m¨ng víi l-ỵng hçn hỵp v«i vµ xi m¨ng cho 1 mÐt s©u cđa cäc lµ 26 kg nh- ®· tr×nh bµy ë trªn. NhËt b¶n giíi thiƯu víi thÞ tr-êng n-íc ta lo¹i m¸y lµm cäc lo¹i nµy lµ TENOCOLUMN. C¸c chØ tiªu khi sư dơng m¸y TENOCOLUMN nh- sau: 32 Lo¹i ®Êt t¹i chç L-ỵng xim¨ng/m 3 Tû lƯ N/X % C-êng ®é mÉu KG/cm 2 C¸t 250 120 41,8 Bïn,sÐt 226 100 30 ¸ c¸t 250 60 17,1 §Êt lÉn h÷u c¬ 350 60 15,7 Than bïn 325 60 16,4 Víi nh÷ng chØ tiªu trªn ®©y, ph-¬ng ph¸p tá ra h÷u hiƯu khi qui ®ỉi søc chÞu t¶i d-íi nỊn thµnh trÞ sè ®ång nhÊt dïng khi tÝnh to¸n mãng b¨ng d-íi c«ng tr×nh. Víi søc chÞu cđa cäc kho¶ng 15 kG/cm 2 cã thĨ qui ®ỉi søc chÞu ®¸y mãng b¨ng thµnh b×nh qu©n 5~7 kG/cm 2 lµ ®iỊu cã ý nghÜa khi thiÕt kÕ mãng. Hình V.1. Quy trình tạo cọc đất trộn với vôi hoặc xi măng Hướng xoay mũi khoan Hướng đi vật liệu Vật liệu trộn Khoan phá kết cấu đất Phun vật liệu liên kết và trộn với đất Trộn đều đất và vật liệu trộn Trộn đều và đầm chặt . qua được ít nhất 3 cọc cát. Thông thường, nếu cọc cát được thi công tốt, sức chòu tải của đất nền có thể tăng lên gấp 2 -3 lần so với ban đầu. 3. 3 CỌC XI MĂNG TRỘN ĐẤT. 3. 3.1 Phạm vi áp dụng Có thể đề xuất ra nhiều phương án móng, độ sâu chôn móng để lựa chọn phương án cho phù hợp. 24 Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ, CẢI TẠO ĐẤT NỀN 3. 1 ĐỆM. chọn phương án móng, độ sâu chôn móng, biện pháp thi công móng Khi mực nước ngầm nằm cao hơn đế móng, do tác dụng đẩy nổi của nước, sẽ làm giảm trò số ứng suất tác dụng lên nền và hạn chế