TÍNH TOÁN và THIẾT kế xử lý nền đất yếu BẰNG cọc cát

CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT:Có 8 bước dể tính toán và thiết kế cọc cát như sau:  Bước 1: Xác định hệ số rỗng e nc của đất khi dùng cọc cát..  Bước 7: Xác định sức chịu tải của

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHI MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ

BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

Báo Cáo: Đồ án môn học

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT

GVHD: TS.VÕ ĐẠI NHẬT SVTH: TRƯƠNG TẤN ĐẠT

NỘI DUNG

I KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU:

+“Đất yếu” là những đất có khả năng chịu lực kém (a<1 kg/cm2) có tính nén lún mạnh,

có hệ số rỗng lớn ( e >1 ), hệ số nén lún lớn (a>0.1cm2 /kg), môđun biến dạng thấp (E0 <

50 kg/cm2), trị số sức kháng cắt không đáng kể và đất hầu như hoàn toàn bão hòa nước +Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn và các trầm tích

bị mùn hóa, than bùn hóa, cát chảy, đất bazan v.v

Hình 1-1: Than bùn rêu Hình 1-2: Than bùn cây gỗ

Hình 1-3: Vị trí các tỉnh, thành của Việt Nam

SỰ PHÂN BỐ CÁC VÙNG ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM

I.1/ĐẶC ĐIỂM CỦA CỌC CÁT:

 Nén chặt đất bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày lớn Khi chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 2.0 m có thể dùng cọc cát để nén chặt.

 Tác dụng của cọc cát là làm cho: độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm đi, trọng lượng thể tích, môđun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên.

I.2/ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỌC CÁT Ở VIỆT NAM:

 Khi dùng cọc cát, trị số môđun biến dạng trong cọc cát cũng như ở vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm.

 Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng.

 Như vậy, dựa vào tính ưu việt của cọc cát thì so với tình hình kinh tế, kỹ thuật của nước ta thì việc

sử dụng cọc cát tỏ ra có nhiều ưu thế và có thể sử dụng phổ biến để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam.

Hình 1-4: thiết bị thi công cọc cát.

Hình 1-6: Cơ chế đầm cọc cát Hình 1-5: Ống thép thi công cọc cát.

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT:

Có 8 bước dể tính toán và thiết kế cọc cát như sau:

 Bước 1: Xác định hệ số rỗng e nc của đất khi dùng cọc cát.

 Bước 2: Xác định diện tích nền được nén chặt.

 Bước 3: Xác định số lượng cọc cát.

 Bước 4: Bố trí cọc cát.

 Bước 5 : Xác định trọng lượng cát trên một mét dài.

 Bước 6: Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát.

 Bước 7: Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát.

 Bước 8: Tính độ lún dự tính của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát.

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Bước 1: Xác định hệ số rỗng enc của đất khi dùng cọc cát.

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Ngoài ra trị số enc còn có thể xác định gần đúng dựa vào tính chất cơ lý của đất, theo công thức sau:

Trong đó:

Gs – Trọng lượng riêng của đất, (kN/m3).

γn – Trọng lượng thể tích của nước, (T/m3).

Wd – Độ ẩm ở giới hạn lăn, (%).

Id - Chỉ số dẻo.

) 5

0

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Bước 2: Xác định diện tích nền được nén chặt.

Trong đó:

a – Chiều dài đế móng (m).

b – Chiều rộng đế móng (m).

) 4 0 (

4

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

=

Hình 2-1: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

N = Ω ×

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

e d

0

γ γ

d

L 0 952

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Ngoài ra để tính γnc

Trong đó:

W – Độ ẩm thiên nhiên của đất trước khi nén chặt,(%).

γ – Trọng lượng thể tích của đất thiên nhiên trước khi nén chặt, (T/m3).

) 01 0 1

Hình 2-2: Sơ đồ bố trí cọc cát.

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Bước 5: Xác định trọng lượng cát trên một mét dài.

Trong đó:

Gs – Trọng lượng riêng của cát dùng trong cọc,(kN/m3).

W1 – Độ ẩm tính theo trọng lượng của cát trong thời gian thi công, (%).

) 100

1

( 1

1

W e

G

f G

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Bước 6: Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát.

*Chiều sâu nén chặt Hnc của cọc cát có thể lấy bằng chiều sâu vùng chịu nén H ở dưới đế móng.

+Đối với công trình dân dụng và công nghiệp:

σz ≤ 0.2 σbt +Đối với công trình thủy lợi :

σz ≤ 0.5 σbt

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Để dễ dàng ta có thể xác định chiều sâu vùng chịu nén một cách gần đúng theo phương pháp lớp đất tương đương của giáo sư N.A.Txưtovits:

Trong đó:

hs – Chiều dày lớp đất tương đương,

Aω – Hệ số lớp tương đương, phụ thuộc vào hệ số Poatxông μ0, hình dạng đế móng và độ cứng của móng Tra bảng sau đây:

s

h

b A

Bảng II-1: Hệ số A ω

a/b

Sỏi và cuội Cát Sét pha cát dẻo

Sét nặngrất dẻoSỏi cứng và sét pha cát Cát pha sét Sét dẻo

1.0 1.13 0.96 0.89 1.2 1.01 0.94 1.26 1.07 0.99 1.37 1.17 1.08 1.58 1.34 1.24 2.02 1.71 1.581.5 1.37 1.16 1.09 1.45 1.23 1.15 1.53 1.30 1.21 1.66 1.40 1.32 1.91 1.62 1.52 2.44 2.07 1.94

0 =

µ µ0 = 0.20 µ0 =0.25 µ0 = 0.30 µ0 = 0.35 µ0 = 0.40

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Bước 7: Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát.

+Theo kinh nghiệm, sức chịu tải tính toán của nền đất sau khi

nén chặt bằng cọc cát có thể lấy lớn hơn từ hai đến ba lần sức chịu tải của nền đất thiên nhiên khi chưa gia cố

+Đối với nền đất sét hoặc đất bùn, theo kết quả thực nghiệm, sức chịu tải tính toán của nền đất có thể lấy trong phạm vi

2 – 3kg/cm2.

 Để kiểm nghiệm lại sức chịu tải sau khi nén chặt, có thể tiến hành thí nghiệm tải trọng tĩnh ở hiện trường hoặc dựa vào công thức:

×

=

0

 Tính áp lực tiêu chuẩn của đất nền khi có cọc cát, theo công thức :

Rtc = m[(Ab + Bh)γ + Dctc]

Trong đó:

m – Hệ số điều kiện làm việc,

γ – Trọng lượng thể tích của đất, (T/m3).

ctc – Lực dính tiêu chuẩn của đất, (kg/cm2).

h – Chiều sâu chôn móng, (m).

b – Chiều rộng đế móng, (m).

A, B và D phụ thuộc vào φtc,Tra bảng sau:

 Phương pháp cọc cát hợp lý, khi ứng suất trung bình dưới đế móng nhỏ hơn áp lực thiêu chuẩn trên

Bảng II-2: Hệ số η.

γ (t/m3) 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9

η

(m4/t2) 10 6.7 4.5 3 2 1.4 0.9 0.6 0.4 0.3 0.2

Bảng II-3: Hệ số A, B, D

(độ) A B D (độ) A B D 0

2 4 6 8 10

1,00 1,12 1,25 1,39 1,55 1,73 1,94 2,17 2,43 2,72 3,06 3,44

3,14 3,32 3,51 3,71 3,93 4,17 4,42 4,69 5,00 5,31 5,66 6,04

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

0,72 0,84 0,98 1,15 1,34 1,55 1,81 2,11 2,46 2,87 3,37 3,66

3,87 4,37 4,93 5,59 6,35 7,21 8,25 9,44 10,84 12,50 14,48 15,64

6,45 6,90 7,40 7,95 8,55 9,21 9,98 10,80 11,73 12,77 13,96 14,64

tc

ϕtc

ϕ

II CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC CÁT(tt) :

 Bước 8: Tính độ lún dự tính của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát.

a

p – Áp lực gây lún dưới đế móng, (T/m2).

0 0

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

+ Thiết kế móng dưới cột có tiết diện 60*60 cm, tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên móng Ntc = 100t, móng cột đặt trên lớp cát bụi có chiều dày 20 m, dưới lớp cát bụi lả lớp sét pha cát nhão Mức nước ngầm nằm ở độ sâu cách mặt đất 1.5 m Lớp cát bụi có các chỉ tiêu sau: γ = 1.8 g/cm3, Gs = 2.65 g/cm3, W = 30 %, φtc = 240, ctc = 0, emax = 0.96, emin = 0.56, W1 = 12 %.

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

 Kiểm tra điều kiện của nền đất:

) 01 0 1 (

01 0

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

+Áp lực tiêu chuẩn dưới đế móng:

Với ctc = 0, φtc = 240 : A= 0.72, B = 3.87, D = 6.45 Rtc = m[(Ab + Bh)γ + Dctc]=10.2 t/m2

 Như vậy: σ0 = 18 t/m2 > Rtc = 10.2 t/m2

 Từ đó nhận xét rằng, móng không thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên được, ta sử dụng phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

4 0 (

4

Fnc = + =

m F

bnc = nc = 3 5

135

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

m d

L

nc

nc

c 1 05 952

γ

t

W e

G

f G

1 =

+ +

×

=

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

 Kiểm nghiệm sức chịu tải ở dưới đế móng sau khi nén chặt bằng cọc cát:

III ỨNG DỤNG CỌC CÁT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

 Độ lún dự tính của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát: Sc = a0phs

a 0 00445 2 /

0

IV KẾT LUẬN:

 Trong phạm vi đề tài này, đưa ra cơ sở lý thuyết về trình tự tính toán và thiết kế cọc cát; những ưu điểm, hiệu quả cũng như phạm vi ứng dụng cọc cát ở nước ta Trong đó có một số phần là dựa vào kinh nghiệm của các thầy cũng như là qua sự tìm hiểu sách vở Do thời gian có hạn nên không thể

sử dụng tất cả những gì nêu ra để áp dụng vào những trường hợp cụ thể, mà chỉ lấy những phần quan trọng để áp dụng.

 Kết quả những nghiên cứu cơ bản đã nêu ra trong phần này có thể sử dụng trong thiết kế, giúp cho các nhà thiết kế tìm được phương pháp tối ưu để xử lý nền đất yếu.

V TÀI LIỆU THAM KHẢO:

 Hoàng Văn Tân và nnk (1997), Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu, NXB Xây dựng.

 Nguyễn Văn Quảng và nnk (2002), Nền và móng các công trình dân dụng – công nghiệp, NXB Xây dựng.

 Đậu Văn Ngọ, nguyễn Việt Kỳ (2009), Nền móng công trình, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh.

 Trần Văn Việt (2004), Cẩm nang dành cho kỹ sư địa kỹ thuật, NXB Xây dựng.

 Châu Ngọc Ẩn (2005), Nền móng, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh.