Sách hướng dẫn Vật lý đại cương (A1)

Môn Vật lý học là môn khoa học tự nhiên nghiên cứu các dạng vận động tổng quát nhất của thế giới vật chất

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH -oOo - BÀI GIẢNG MÔN HỌC CHUYÊN ĐỀ XỬ LÝ NỀN MÓNG 30 tiết Biên soạn : TS Tô Văn Lận Năm 2007 MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO : .4 CHƯƠNG NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU 1.1.1 Về định tính 1.1.2 Về định lượng 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT YẾU 1.2.1 Đất sét yếu .6 1.2.1.1 Hạt sét khoáng vật seùt 1.2.1.2 Liên kết cấu trúc sức chống cắt đất sét .7 1.2.1.3 Các đặc điểm khác đất sét yếu 1.2.2 Đất cát yếu 10 1.2.3 Bùn, than bùn đất than buøn 10 1.2.4 Đất đắp 11 1.3 CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU 12 1.3.1 Giải pháp kết cấu .12 1.3.2 Các biện pháp xử lý 12 1.3.3 Các giải pháp móng 12 CHƯƠNG 13 BIỆN PHÁP KẾT CẤU KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 13 2.1 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU 13 2.1.1 Loại kết cấu tuyệt đối cứng .13 2.1.2 Loại kết cấu mềm 13 2.1.3 Sơ đồ kết cấu có độ cứng giới hạn 13 2.2 BỐ TRÍ KHE LÚN .15 2.3 THIẾT KẾ GIẰNG MÓNG VÀ GIẰNG TƯỜNG .16 2.3.1 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp đơn giaûn 17 2.3.2 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp B.I Đalmatov 19 2.4 CẤU TẠO GỐI TỰA CỨNG 21 2.5 CHỌN LOẠI MÓNG VÀ CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG .22 2.5.1 Chọn loại móng .22 2.5.2 Chọn chiều sâu chôn móng .22 CHƯƠNG 24 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ, CẢI TẠO ĐẤT NỀN 24 3.1 ĐỆM CÁT 24 3.1.1 Phạm vi áp dụng 24 3.1.2 Tính toán đệm cát 24 3.1.3 Thi công đệm caùt 26 3.1.4 Trình tự thiết kế móng sử dụng đệm cát 27 3.2 CỌC CÁT .27 3.2.1 Đặc điểm phạm vi ứng dụng .27 3.2.2 Tính toán thiết kế cọc cát 28 3.2.3 Thi công cọc cát 29 3.3 CỌC XI MĂNG TRỘN ĐẤT 30 3.3.1 Phạm vi áp dụng 30 3.3.2 Mô tả công nghệ 30 3.3.3 Ví dụ công trình xử lý cọc xi măng đất 34 3.4 NÉN TRƯỚC BẰNG TẢI TRỌNG TÓNH 39 3.4.1 Đặc điểm phạm vi ứng dụng .39 3.4.2 Điều kiện địa chất công trình 39 3.4.3 Tính toán gia tải trước 40 3.4.4 Biện pháp thi công .40 3.5 GIẾNG CÁT .41 3.5.1 Đặc điểm phạm vi ứng duïng .41 3.5.2 Tính toán thiết kế giếng cát .41 3.5.3 Thi công giếng cát .44 3.6 GIA CỐ NỀN BẰNG BẤC THAÁM 44 3.6.1 Phạm vi áp dụng 44 3.6.2 Mô tả công nghệ 44 3.6.3 Ứng dụng thực teá .45 3.7 GIA CỐ NỀN BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT 46 3.7.1 Gia cố đường 46 3.7.2 Gia cố tường chắn đất .47 CHƯƠNG 49 NGUYEÂN TẮC THIẾT KẾ MỘT SỐ LOẠI MÓNG CỌC 49 4.1 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 49 4.1.1 Đặc điểm phạm vi áp duïng 49 4.1.2 Thiết kế móng cọc khoan nhoài 50 4.1.3 Thi công móng cọc khoan nhoài 58 4.1.4 Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi 68 4.1.5 Các cố thường gặp cách xử lý 75 4.2 THIẾT KẾ MÓNG COÏC BARET 76 4.2.1 Khái niệm 76 4.2.2 Khảo sát địa chất cho thiết kế thi công móng cọc barét 77 4.2.3 Sức chịu tải coïc baret 78 4.2.4 Thiết kế cọc baret 80 4.2.5 Thieát keá đài cọc 83 4.2.6 Thi công cọc baret 85 4.3 TƯỜNG TRONG ĐẤT (TƯỜNG CỪ - TƯỜNG CỌC BẢN) 88 4.3.1 Khái niệm 88 4.3.2 Phaïm vi aùp duïng 88 4.3.3 Moâ tả công nghệ 90 4.3.4 Thiết kế tường đất 92 4.4 THIẾT KẾ MÓNG CỌC TRÀM 95 4.4.1 Vaät liệu cọc tràm 95 4.4.2 Đặc điểm, phạm vi áp dụng .95 4.4.3 Thiết kế móng cọc tràm 97 CHƯƠNG .100 CÔNG TÁC KHẢO SÁT TRONG XÂY DỰNG 100 5.1 MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG CỦA CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT 101 5.1.1 Mục đích 101 5.1.2 Nội dung công tác khảo sát địa chất 101 5.1.3 Yêu cầu kỹ thuật (do người chủ trì kết cấu lập) .101 5.2 KHẢO SÁT CHO THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÓNG CỌC 102 5.2.1 Phương án kỹ thuật khảo sát 102 5.2.2 Nội dung khảo sát 102 5.2.3 Khối lượng công tác khảo sát .102 5.3 KHẢO SÁT CHO THIẾT KẾ NHÀ CAO TAÀNG 104 5.3.1 Thí nghiệm trường .104 5.3.2 Thí nghiệm phòng 104 5.4 XỬ LÝ SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ THÍ NGHIỆM 105 5.4.1 Nguyên tắc chung 105 5.4.2 Xác định trị tiêu chuẩn trị tính toán đất .105 5.4.3 Yêu cầu số lượng thí nghiệm đặc trưng đất 108 Tài liệu tham khảo : Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải; Những phương pháp xây dựng công trình đất yếu NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1973 Nguyễn Văn Quảng; Nền móng nhà cao tầng NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2003 TCXD 45 : 1978, Tiêu chuẩn thiết kế nhà công trình TCXD 205 : 1998, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 326 : 2004, Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu TCVN 4419-1987, Khảo sát cho xây dựng Chương NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU Về đất yếu có hai quan điểm dựa vào định tính định lượng : 1.1.1 Về định tính Đất yếu loại đất mà thân không đủ khả tiếp thu tải trọng công trình bên công trình nhà cửa, đường xá, đê đập … Khái niệm nói chung không chặt chẽ sở khoa học 1.1.2 Về định lượng Đất yếu loại đất có sức chịu tải kém, dễ bị phá hoại, biến dạng tác dụng tải trọng công trình dựa số liệu tiêu lý cụ thể Khái niệm giới chấp nhận có sở khoa học + Dựa vào tiêu vật lý, đất gọi yếu : - Dung trọng : γW ≤ 1,7T/m3 - Hệ số rỗng : e ≥ - Độ ẩm : W ≥ 40% - Độ bão hòa : G ≥ 0,8 Lưu ý : + Dung trọng, (dung trọng tự nhiên), đất yếu dung trọng nhỏ chứa nhiều nước bùn, hữu cơ… + Hệ số rỗng : e tỷ số thể tích rỗng thể tích hatï (V r / Vh) Hệ số rỗng lớn đất yếu Cách xác định : e = ( γh /δ ) – : γh trọng lượng hạt đất hay tỷ trọng ∆; δ trọng lượng đơn vị thể tích trạng thái khô + Độ ẩm : W - định nghóa tỷ số trọng lượng nước trọng lượng hạt (Gn / Gh )x 100% Độ ẩm lớn đất có nhiều nước + Độ bão hòa G định nghóa tỷ lệ nước chiếm lỗ rỗng đất, xác định sau : V Wγ h G= n = V eγ r n Khi G = gọi đất bão hòa, nước chiếm toàn lỗ rỗng đất + Dựa vào tiêu học : - Modun biến dạng : - Hệ số neùn : E0 ≤ 50 kG/cm2 a ≥ 0,01 cm2/kG - Góc ma sát : ϕ ≤ 100 - Lực dính (đối với đất dính): c ≤ 0,1 kG/cm2 p i Lưu ý : + Eo nhỏ độ lún đất lớn : S i = βi E hi i + Hệ số nén a ( a e −e = p1− p2 ) với e ; e 2 hệ số rỗng đất ứng với áp lực nén p1, p2 Từ công thức cho thấy a nhỏ đất chặt hay hệ số rỗng thay đổi 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT YẾU Trong thực tế xây dựng, thường gặp loại đất yếu sau : đất sét yếu; đất cát yếu; bùn; than bùn đất than bùn đất đắp 1.2.1 Đất sét yếu 1.2.1.1 Hạt sét khoáng vật sét Trong đất sét gồm có thành phần : - Phần phân tán thô (gọi hạt sét) có kích thước > 0,002mm Chủ yếu có khoáng chất nguồn gốc lục địa thạch anh, fenspat,… - Phần phân tán mịn (gọi khoáng chất sét) bao gồm hạt có kích thước bé (2 – 0,1µm) keo (0,1 – 0,001µm) Những khoáng chất định tính chất lý đất sét Các khoáng chất sét thường gặp nhóm điển hình : kaolinit(1), mônmôrilônit (2) ilit : + Kaolinit : Công thức hóa học Al2O3.2SiO2.2H2O; tạo thành phong hóa đá phun trào, đá biến chất đá trầm tích điều kiện môi trường axit (pH = 5-6) Đặc điểm mạng tinh thể kaolinit tương đối bền, ổn định trương nở + Mônmôrilônit : Công thức hóa học (OH) 4Si8Al4O20.nH2O; thành tạo phong hoá đá macma giàu Mg biến đổi thứ sinh khác) tạo thành phong hóa đá phun trào kiềm điều kiện môi trường kiềm (pH = 7-8,5) Montmorilonit có mạng tinh thể bền vững dễ sảy tượng trương nở dáy móng có mặt loại sét Loại thường dễ gặp vùng ven biển + Ilit : (1) (2) Tên lấy theo tên dãy núi cao Trung Quốc Kaulinh Tên lấy theo tên mỏ Montmorilon Pháp Đại biểu nhóm ilit hrômica, có công thức K,Al2[Al,Si3O10] (OH)2 tạo thành từ nhiều điều kiện khác chủ yếu môi trường kiềm Loại khả trương nở trương nở 1.2.1.2 Liên kết cấu trúc sức chống cắt đất sét Trong tự nhiên, đất loại sét tồn dạng liên kết cấu trúc, : dạng chảy, dạng dẻo dạng cứng (hình 1.1) Người ta chia thành hai loại : - Liên kết mềm : lực liên kết chủ yếu lực liên kết phân tử, từ tính Liên kết mềm dẻo hồi phục sau bị phá hoại (liên kết thuận nghịch) - Liên kết cứng : lực liên kết chủ yếu liên kết ion, đồng hóa trị Liên kết cứng, giòn, không hồi phục bị phá hoại học (liên kết thuận nghịch) Về lực dính đất sét, số nhà khoa học kiến nghị chia lực dính tổng cộng thành hai thành phần : lực dính mềm lực dính cứng (lực dính cấu trúc)(3) : CW = ∑W + cc (1.1) Trong : CW : lực dính tổng cộng ∑W : lực dính mềm (lực dính có nguồn gốc keo nước) cc : lực dính cứng (lực dính cấu trúc) HẠT ĐẤT NƯỚC TỰ DO NƯỚC TỰ DO LK DẠNG CHẢY LK DẠNG DẺO LK DẠNG CỨNG Hình 1.1 : Các dạng liên kết đất dính Phương pháp phân tích ∑W, cc : a Cắt mẫu nguyên dạng mẫu chế bị độ ẩm – độ chặt : Xây dựng biểu đồ theo hình 1.2, : cc = cnd - ccb (1.2) (3) Maxlôp người đề xuất việc chia lực dính làm thành phần vào năm 1933 – 1935, viết thành sách vào năm 1941 Tiếp theo Ivanôp đề xuất vào năm 1936 Denhixôp đề xuất vào năm 1947, với c = cn + cy Hvorlev đề xuất năm 1956, chia làm thành phần : c = cc + cr Trong : cnd : lực dính theo kết cắt mẫu nguyên dạng ccb : lực dính theo kết cắt mẫu chế bị Theo Maxlôp lực dính cứng tồn đất nguyên dạng cứng Sw MẪU CHẾ BỊ Cw w Cc MẪU NGUYÊN DẠNG P Hình 1.2 : Kết cắt mẫu xác định lực dính cứng cc b Phương pháp cắt theo phẳng : Cắt mẫu cứng nguyên dạng, sau ép lại, để mẫu hồi phục cắt lần thứ (thời gian để phục hồi khoảng 20 phút) cc = cnd - cbản phẳng (1.3) c Phương pháp trùng lặp : Lần đầu cắt mẫu nguyên dạng theo chiều từ trái sang phải Cắt tiếp lần thứ theo chiều ngược lại Có thể cắt tiếp lần 3,4 theo chiều ngược lại biểu đồ ổn định d Phương pháp cắt theo độ ẩm : Với loại đất, lấy nhiều mẫu thí nghiệm với độ ẩm khác Trong phương pháp trên, thường chọn PP thứ thí nghiệm đơn giản, mẫu cho kết xác Từ kết này, tác giả kiến nghị với công trình có quy mô nhỏ, tạm thời, thành phần lực dính lấy toàn (cW), công trình vónh cửu, có quy mô lớn nên lấy thành phần lực dính cứng cc mà Bảng 1.1 giới thiệu thành phần lực dính để tham khảo Bảng 1.1 : Cơ cấu thành phần lực dính đất loại sét Cấu trúc đất Độ sệt B Mức độ thể thành phần lực dính Nhân tạo B 1,0 B 0,75 cc = %cW 80 70 50 20 10 70 40 30 10 ∑W = %cW 20 30 50 80 90 100 30 60 70 90 100 1.2.1.3 Các đặc điểm khác đất sét yếu Hiện tượng hấp thụ : Hiện tượng hấp thụ khả hút nước từ môi trường xung quanh giữ lại chúng vật chất khác : cứng, lỏng hơi, ion, phân tử hạt keo Sự hấp thụ đất sét có chất phức tạp thường gồm số trình sảy đồng thời Tính dẻo : Tính dẻo đặc điểm quan trọng đất sét Tính chất biểu thị lưu động đất sét độ ẩm chịu tác dụng ngoại lực chứng tỏ mức độ biến dạng đất sét chiếm vị trí trung gian cứng thể lỏng chảy nhớt Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố : mức độ phân tán thành phần khoáng vật đất, thành phần độ khoáng hoá dung dịch nước làm bão hòa đất Gradien ban đầu : Đất sét có đặc tính thẩm thấu khác thường : cho nước thấm qua gradien cột nước vượt trị số định Trị số gọi gradien ban đầu Gradien ban đầu độ chênh lệch tối thiểu áp lực cột nước, mà thấp tốc độ thấm giảm xuống nhiều, bé coi không thấm nước Đặc điểm biến dạng : Tính chất biến dạng đất sét yếu chất mối liên kết hạt chúng định Có thể chia biến dạng đất sét yếu loại sau : Biến dạng khôi phục, gồm biến dạng đàn hồi biến dạng cấu trúc hấp phụ Biến dạng dư, gồm biến dạng cấu trúc Biến dạng đất sét yếu phá hoại mối liên kết cấu trúc biến dạng màng hấp phụ nước liên kết gây nên Các loại biến dạng chủ yếu đất sét yếu biến dạng cấu trúc biến dạng cấu trúc hấp phụ Tính chất lưu biến : Đất sét yếu môi trường dẻo nhớt Chúng có tính dão (từ biến)(1) có khả thay đổi độ bền tải trọng tác dụng lâu dài Khả gọi tính chất lưu biến Hiện tượng dão đất sét yếu liên quan đến ép thoát nước tự nén chặt Do tượng liên quan với thay đổi mật độ kết cấu đất kết chuyển dịch, hạt khối lên nhau, thay đổi định hướng hạt khối với phương tác dụng tải trọng 1.2.2 Đất cát yếu Cát hình thành tạo biển vũng, vịnh Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu thạch anh, có lẫn tạp chất Cát gồm hạt có kích thước 0,05 – 2mm Cát coi yếu cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết cấu rời rạc, trạng thái bão hòa nước, bị nén chặt hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu chất lẫn sét Những loại cát chịu tác dụng rung chấn động trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi cát chảy Đặc điểm quan trọng cát bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước lớn Khi cát gồm hạt nhỏ, nhiều hữu bão hòa nước chúng trở thành cát chảy, tượng nguy hiểm cho công trình cho công tác thi công Cần lưu ý tượng nguy hiểm cát yếu : - Biến loãng - Cát chảy 1.2.3 Bùn, than bùn đất than bùn Bùn trầm tích đại, thành tạo chủ yếu kết tích lũy vật liệu phân tán mịn học hoá học đáy biển, đáy (1) Đó biến dạng từ từ, phát triển chậm theo thụứi gian 10 Sơ đồ lực tác dụng vào tờng chắn có neo ứng suất trớc 4.4 THIET KẾ MÓNG CỌC TRÀM 4.4.1 Vật liệu cọc tràm Cọc tràm sử dụng rộng rãi quen thuộc đồng Nam giống cọc tre miền Bắc So với cọc tre, gỗ tràm có ứng suất kéo khoảng 34% ứng suất nén 75% khả chịu uốn Nhưng tràm có tiết diện đặc nên diện tích chịu tải lớn tre Cấu tạo mặt cắt ngang cọc tràm • Cọc tràm gồm phần : lõi, thân vỏ - Lõi phần gỗ cứng - Thân : thường có độ ẩm nhỏ độ ẩm ngâm nước Thân có tác dụng hút nước đóng vào đất yếu - Vỏ : có tác dụng màng mỏng, hút nước từ bên vào dẫn thoát nước dọc theo thân cọc • Kích cỡ cọc tràm thông dụng : Chiều dài (m) Cừ 3m Cừ 4m Cừ 5m Đường kính gốc (cm) 4,5 – 6,0 6–7 - 10 Đường kính (cm) 3 –3,5 3,5 – Đường kính T.bình (cm) – 4,5 4,5 – 5 – 7,5 4.4.2 Đặc điểm, phạm vi áp dụng Cọc tre, tràm nhìn chung có khả chịu nén chịu kéo tốt Các 95 đặc trưng sức bền cọc tràm tham khảo theo bảng : Ứng suất trung bình (kg/cm2) Rnén Rkéo Ruốn Vị trí thân cọc Giữa 374 513 81 Gốc 260 369 57 Ngọn 290 296 79 Sức kháng tính toán đất mũi cọc : Trị số Rc (t/m2) Chiều sâu mũi cọc tràm kể từ mặt đất tự nhiên (m) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 750 660 400 300 310 200 200 120 110 60 830 680 510 380 320 250 210 160 125 70 880 700 620 400 340 280 220 200 130 80 970 730 690 430 370 330 240 220 140 85 10 1050 770 730 500 400 350 260 240 150 90 Các loại đất rời trạng thái chặt vừa Sỏi Cát to Cát trung Cát nhỏ Cát bụi Các loại đât dính với độ sệt B Ghi : Các giá trị bảng trên, tử số ứng với đất rời, mẫu số ứng với đất dính Phạm vi áp dụng : - Những loại đất phù hợp với sử dụng cọc tràm : cát nhỏ, cát bụi trạng thái rời bão hòa nước, loại đất dính : cát pha, sét pha sét trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy chảy, loại đất bùn, than bùn bùn - Đỉnh cọc tràm thiết kế phải đảm bảo luôn mực nước ngầm thấp nước ngầm tính xâm thực Ở nơi có thủy triều lên xuống, đỉnh cọc phải mực nước thấp (lưu ý điều kiện bắt buộc, đảm bảo cho cọc tràm không bị mục trình sử dụng) - Tuổi tràm làm cọc năm trở lên Khi khai thác, đường kính không nhỏ 4cm với cọc dài 4m không nhỏ 5cm cọc có chiều dài nhỏ 4m 96 - Cọc tràm sử dụng cho móng cọc đài thấp, chịu tải trọng thẳng đứng chính, không thích hợp với móng cọc đài cao có tải trọng ngang tác dụng - Không nên dùng cọc tràm vùng có tượng động đất đất hoàng thổ có tính lún ướt 4.4.3 Thiết kế móng cọc tràm Cọc tràm sử dụng xây dựng móng công trình với hai phương diện : • Dùng loại vật liệu gia cố : lúc số lượng cọc tràm xác định dựa vào hệ số nén chặt yêu cầu (tương tự tính toán cọc cát) • Dùng loại móng cọc : cọc tràm tiếp thu tải trọng từ đáy móng truyền xuống lớp đất tốt bên a Lựa chọn chiều dài cọc Căn vào địa tầng khu vực xây dựng đặc điểm thủy văn (mực nước ngầm), lựa chọn lớp đất đặt mũi cọc, từ chọn độ sâu chôn móng chiều dài cọc Cần lưu ý sau : Cố gắng lựa chọn lớp đất tốt để đặt mũi cọc (làm tăng thành phần sức chịu tải phản lực mũi coc Linh hoạt việc lựa chọn độ sâu chôn móng cho chiều dài cọc phù hợp với khả cung ứng thị trường, mặt khác cố gắng để cọc nằm mực nước ngầm, tránh cọc bị mục khô nước b Trường hợp tính toán cọc theo phương diện làm chặt đất Sử dụng cho đất yếu có hệ số thấm lớn K > A.10 -5 (A = 0,1 – 9,9) nhö : bùn cát pha sét, bùn sét pha cát, than bùn, đất lún sụp : trường hợp cọc tràm đóng vào đất có tác dụng nêm nén chặt đất 97 - Từ điều kiện nén chặt đất (hệ số rỗng yêu cầu eyc), đất bí lún xuống khoảng S, để cân với diện tích đơn vị F, FS thể tích cần bổ sung vào đất Ta có : S= e o − e yc + eo H - Thể tích hạt khối đất ban đầu V (V = FH) : Vhạt = FH 1 + eo H : chiều cao vùng đất cần gia cố; 1 + eo : thể hạt đơn vị thể tích đất 98 - Trước sau nén chặt thể tích đất Vhạt không thay đổi nên : FH FH' = + e o + e yc → H' = H + e yc + eo - Từ xác định số lượng cọc tràm cần thiết để nén chặt đơn vị diện tích đất : n= S.1m 4S e o − e yc 4S 4(e o − e yc ) = = = + e o πd πd (1 + e o ) πd /4 πd Trong công thức trên, d đường kính cọc tràm, tính m Khi đường kính tính cm số lượng cọc tràm : n= 40000(eo − e yc ) πd (1 + e o ) (cọc/m2) Từ bố trí cọc, thông thường mật độ cọc thường chọn 16 cây/m ; 25 cây/m2 36 cây/m2 tương ứng với khoảng cách cọc 25x25cm; 20x20cm 17x17cm c Tính toán cọc tràm loại móng cọc - Sức chịu tải cọc tràm theo vật liệu : Pvl = 0,6RngFc Trong : Rng : Cường độ chịu nén tính toán dọc thớ cọc tràm tra bảng Fc : diện tích tiết diện ngang tràm - Sức chịu tải tính toán cọc theo đất : n Pd = R c Fc + k1 πd c ∑ fi l i i =1 k2 Trong : Fc : diện tích tiết diện ngang tràm mũi cọc Rc : Sức kháng tính toán đất mũi cọc – tra bảng dc : đường kính cọc (đường kính trung bình); 99 fi : ma sát đơn vị đất thành cọc; li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua; k1; k2 : hệ số an toàn, lấy 1,5 – fi xác định sau : f i = σ xi tgϕI + ci • σ xi = ξ01σ zi σ zi = γ i hi σ xi , σ zi : thành phần ứng suất ngang ứng suất thẳng đứng lớp đất thứ i, trọng lượng đất xung quanh cọc gây nên (lấy giá trị trung bình lớp đất thứ i) ζ01 : hệ số nén ngang lớp đất thứ i (tra bảng đây) Hệ số nén ngang đất Tên đất Hệ số ζ 0,33 – 0,43 0,28 – 0,40 0,49 – 0,59 0,61 – 0,82 Cát Sét cứng Sét pha Sét dẻo • fi xác định dựa vào sức kháng xuyên đất (Rcx) xác định thí nghiệm trường : fi = 0,01 Rcx Rcx ≤ 25 kg/cm2 fi = 0,005 Rcx Rcx ≥ 100 kg/cm2 Các giá trị xác định cách nội suy - Có thể kể đến hiệu ứng nhóm cọc tràm theo công thức Labarre : Ce = − arctg Trong : d c (m − 1).n + (n − 1).m lc 90.m.n dc : đường kính cọc; lc : khoảng cách cọc m : số hàng cọc; n : số cọc hàng Chương CÔNG TÁC KHẢO SÁT TRONG XÂY DỰNG 100 5.1 MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG CỦA CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT 5.1.1 Mục đích - Nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa chất công trình vùng, khu vực xây dựng công trình bao gồm : + Địa hình, địa mạo + Cấu trúc địa chất + Thành phần + Trạng thái tính chất đất đá + Địa chất thủy văn, tượng địa chất - Dự báo biến đổi điều kiện địa chất công trình địa chất thủy văn xây dựng sử dụng công trình 5.1.2 Nội dung công tác khảo sát địa chất - Thu thập phân tích tổng hợp số liệu, tài liệu điều kiện tự nhiên khảo sát trước - Đo vẽ địa chất công trình - Nghiên cứu địa hình, địa vật lý - Khoan thăm dò lấy mẫu đất, đá, mẫu nước làm thí nghiệm phòng - Tiến hành thí nghiệm trường để xác định tính chất lý đất đá - Chỉnh lý tài liệu, số liệu, lập báo cáo tổng kết địa chất công trình 5.1.3 Yêu cầu kỹ thuật (do người chủ trì kết cấu lập) Yêu cầu kỹ thuật cho công tác khảo sát phải nêu nội dung sau : - Xác định mục đích khảo sát phục vụ cho giai đoạn thiết kế : thiết kế sở, thiết kế kỹ thuật, vẽ thi công - Nêu đặc điểm kết cấu thông số công trình xây dựng; loại tải trọng tác động lên móng - Dự kiến loại móng; cao độ san nền, độ biến dạng cho phép công trình - Những yêu cầu đặc biệt công tác khảo sát, mức độ xác yêu cầu - Các vẽ, sơ đồ cần thiết - Thời hạn giao nộp báo cáo, thời gian, thời điểm khảo sát 101 Các nội dung quan thiết kế (người chủ trì thiết kế kết cấu lập) Tuỳ theo mức độ yêu cầu lập cho giai đoạn thiết kế Từ yêu cầu trên, quan khảo sát lập phương án kỹ thuật, đề cương khảo sát 5.2 KHẢO SÁT CHO THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÓNG CỌC Ngoài yêu cầu chung công tác khảo sát nói chung, thiết kế thi công móng cọc cần bổ sung yêu cầu sau : 5.2.1 Phương án kỹ thuật khảo sát Trên sở nhiệm vụ kỹ thuật khảo sát quan thiết kế lập, quan khảo sát phải lập phương án khảo sát bao gồm nội dung sau : - Dự kiến chiều sâu đặt cọc (đài cọc, chiều dài cọc) - Xét đến mối quan hệ chiều dầy tầng chịu nén tới bố trí khối cọc mặt bằng, kích thước cọc - Sự ảnh hưởng sức chịu tải độ lún với đất công trình xung quanh - Hiện tượng ma sát âm (nếu có) - Công nghệ thi công móng - Thử nghiệm cọc trường 5.2.2 Nội dung khảo sát - Khoan lấy mẫu đất, đá, nước để thí nghiệm phòng; xác định lớp đất đặt mũi cọc Mũi khoan phải vào lớp đất đặt mũi cọc 1,5m phải có hố khoan sâu vào 3m.? - Thí nghiệm xuyên động để xác định xác lớp đất đặt mũi cọc chọn phương pháp đóng cọc - Thí nghiệm địa vật lý (nếu cần thiết) xác định cấu trúc khối đất đá, phong hoá, hang động, địa chấn 5.2.3 Khối lượng công tác khảo sát Căn vào cấp đất, tính chất đất cọc, quy định khảo khối lượng khảo sát sau : 5.2.3.1 Nhà tầng Tải tường lên móng ≤ 50 T/m; Tải cột khung ≤300 - Khoan : • Đất cấp : lưới hố khoan 70x70m, nhà phải có hố khoan • Đất cấp : lưới hố khoan 50x50m, nhà phải có hố 102 khoan • Đất cấp : lưới hố khoan 30x30m, nhà phải có hố khoan - Thí nghiệm phòng : Mỗi đơn nguyên địa chất, tiêu phải có giá trị - Thí nghiệm xuyên tónh : • Đất cấp : lưới xuyên tónh 35x35m, điểm/nhà • Đất cấp : lưới xuyên tónh 25x25m, điểm/nhà • Đất cấp : lưới xuyên tónh 15x15m, điểm/nhà 5.2.3.2 Nhà 16 tầng Tải tường lên móng ≤ 300 T/m; Tải cột khung ≤2.000 - Khoan : • Đất cấp : lưới hố khoan 50x50m, nhà phải có hố khoan • Đất cấp : lưới hố khoan 40x40m, nhà phải có hố khoan • Đất cấp : lưới hố khoan 30x30m, nhà phải có hố khoan - Thí nghiệm phòng : Mỗi đơn nguyên địa chất, tiêu phải có giá trị - Thí nghiệm xuyên tónh : • Đất cấp : lưới xuyên tónh 25x25m, điểm/nhà • Đất cấp : lưới xuyên tónh 20x20m, điểm/nhà • Đất cấp : lưới xuyên tónh 15x15m, 10 điểm/nhà - Thí nghiệm nén ngang : tiêu / đơn nguyên địa chất (để xác định modun biến dạng ngang) 5.2.3.3 Nhà từ 16 đến 28 tầng Tải cột khung < 2.000 - Khoan : • Đất cấp : lưới hố khoan 40x40m, nhà phải có hố khoan • Đất cấp : lưới hố khoan 30x30m, nhà phải có hố khoan • Đất cấp : lưới hố khoan 20x20m, nhà phải có hố khoan - Thí nghiệm phòng : Mỗi đơn nguyên địa chất, tiêu phải có giá trị 103 - Thí nghiệm xuyên tónh : • Đất cấp : lưới xuyên tónh 20x20m, điểm/nhà • Đất cấp : lưới xuyên tónh 15x15m, điểm/nhà • Đất cấp : lưới xuyên tónh 10x10m, 10 điểm/nhà - Thí nghiệm nén ngang : tiêu / đơn nguyên địa chất (để xác định modun biến dạng ngang) - Thí nghiệm cọc trường : xác định sức chịu tải cọc thử tải trọng tónh tải trọng động Không thí nghiệm / đơn nguyên địa chất 5.3 KHẢO SÁT CHO THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG - Công tác khảo sát phải cung cấp đầy đủ số liệu tin cậy cho thiết kế thi công - Do tính chất quan trọng móng nhà cao tầng, cần bổ sung công tác sau : 5.3.1 Thí nghiệm trường - Khoan lấy mẫu nguyên dạng đất dính, thí nghiệm SPT, lấy mẫu xáo trộn Chiều sâu hố khoan phải đảm bảo yêu cầu tối thiểu sau : • 5m sau trị số kháng xuyên NSPT đạt 50 búa/ 30cm, khoảng N > 50 • Khi nhà lớn 10 tầng, yêu cầu NSPT > 100 • Trường hợp không đạt yêu cầu phải báo cho thiết kế biết để đề xuất biện pháp cần thiết • Số lượng hố khoan ≥ hố / công trình - Tiến hành thí nghiệm cần thiết : xuyên tónh (với đất rời) cát cánh (với đất yếu), quan trắc nước (để thiết kế tầng hầm, thấm) Đo áp lực nước theo độ sâu, thấm, đo điện trở - Trường hợp đặc biệt : xác định túi khí, thấu kính bùn, 5.3.2 Thí nghiệm phòng - Xác định tiêu vật lý, để nhận dạng phân loại đất – đánh giá hoạt động địa chất xảy - Xác định tiêu cường độ thông qua kết nén trục, nén trục nén trực tiếp - dùng để thiết kế phần ngầm công trình - Thí nghiệm nén cố kết xác định tính biến dạng đất nền, xem xét khả hình thành ma sát âm 104 - Thí nghiệm xác định hệ số thấm : Có thể xác định từ thí nghiệm nén cốù kết, tính toán lưu lượng nước để thiết kế giải pháp thi công hố đào, cọc nhồi 5.4 XỬ LÝ SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ THÍ NGHIỆM 5.4.1 Nguyên tắc chung Thông thường thực tế xây dựng, để đảm bảo độ tin cậy số liệu khảo sát địa chất công trình, phải tiến hành khoan đào nhiều điểm khác với số lượng mẫu thí nghiệm đáp ứng theo quy định phần Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân, số liệu tiêu lý cuả đất thường phân tán, không giống nhau, chí mẫu đất cho kết khác biệt Những sai số nguyên nhân sau : - Sự không đồng không liên tục đất - Ảnh hưởng trình lấy mẫu, vận chuyển bảo quản mẫu làm cho mẫu bị xáo trộn so với ban đầu - Sai số độ xác máy móc, thiết bị chủ quan người làm thí nghiệm Để đảm bảo độ xác mức độ tin cậy tiêu, tính chất đất, tùy thuộc vào mức độ nghiên cứu giai đoạn khảo sát, loại công trình cấp công trình, … cần phải tiến hành số lượng thí nghiệm định để xác định tiêu cho phù hợp Ở giai đoạn thiết kế sơ thiết kế sở yêu cầu tiêu tổng hợp giai đoạn thiết kế chi tiết cần khảo sát bổ sung xác định tiêu tính toán phục vụ cho thiết kế móng theo trạng thái giới hạn 5.4.2 Xác định trị tiêu chuẩn trị tính toán đất Trị tiêu chuẩn tất đặc trưng đất (trừ lực dính đơn vị góc ma sát trong) trị trung bình cộng kết thí nghiệm riêng rẽ Trị tiêu chuẩn lực dính đơn vị góc ma sát thông số tìm phương pháp bình phương bé từ quan hệ đường thẳng sức chống cắt áp lực nén Trị tiêu chuẩn Atc đặc trưng đất từ kết thí nghiệm trực tiếp phòng trường xác định theo công thức : 105 A tc = n ∑ Ai n i =1 Trong : A – trị số riêng biệt đặc trưng n – số lần thí nghiệm đặc trưng Xử lý kết thí nghiệm cắt phòng nhằm xác định trị tiêu chuẩn lực dính đơn vị C tc góc ma sát ϕtc tiến hành phương pháp bình phương bé : Sức chống cắt mẫu đất : τ = ptgϕ + c Trong p áp lực pháp tuyến truyền lên mẫu đất Trị tiêu chuẩn Ctc tgϕtc tính toán theo công thức : c tc = n n n 1 n   ∑ τ i ∑ pi2 − ∑ pi ∑ τ i pi  ∆  i =1 i =1 i =1 i =1  tgϕ tc = n n 1 n   n ∑ τ i pi − ∑ τ i ∑ p i  ∆  i =1 i =1 i =1  Trong :  n  ∆ = n ∑ p −  ∑ pi  i =1  i =1  n 2 i n – số lần thí nghiệm đại lượng τ Tiêu chuẩn thiết kế nhà công trình quy định rằng, trường hợp, tính toán phải dùng trị tính toán đặc trưng đất A, xác định theo công thức : A= A tc kd Trong kđ hệ số an toàn đất Khi xác định giá trị tính toán c, ϕ dung dung trọng tự nhiên γ hệ số an toàn kđ phụ thuộc vào thay đổi đặc trưng, số lần thí nghiệm xác suất tin cậy α Đối với đặc trưng khác cho phép lấy k đ = 1, nghóa trị tính toán trị tiêu chuẩn Xác suất tin cậy quy định sau : α = 0,95 tính theo sức chịu tải, lúc giá trị c, ϕ γ ký hiệu laø cI , ϕI vaø γI α = 0,85 tính theo biến dạng Lúc giá trị c, ϕ γ ký hiệu cII , ϕII γII 106 Hä số an toàn kđ xác định theo công thức : kd = 1±ρ Trong : ρ – số độ xác đánh giá trị trung bình đặc trưng đất quy định sau : • Để xác định c tgϕ : ρ = tα.v • Để xác định Rn (cường độ giới hạn nén trục) ρk d = γ : tα v n Trong : tα - hệ số tra bảng tùy thuộc vào xác suất tin cậy cho (α) số bậc tư (n – 1) xác định trị tính toán R n (n-2) xác định trị tính toán c ϕ v – hệ số biến đổi đặc trưng : v= σ Atc ; Trong : σ - sai số toàn phương trung bình đặc trưng tính toán theo công thức : • Đối với c tgϕ : σ c = στ × σ tgϕ = στ n × ∑ Pi2 Δ i =1 n Δ Trong : n – số lần thí nghiệm đại lượng τ; στ = n × ∑ (Ρ i × tgϕ tc + C tc − τ i )2 n − i=1 • Đối với Rn : σ Rn = n × ∑ (R tc - R ni )2 n n − i =1 • Đối với γ : σγ = n × ∑ (λtc - γ i )2 n − i=1 107 5.4.3 Yêu cầu số lượng thí nghiệm đặc trưng đất Số lần thí nghiệm n để xác định trị tiêu chuẩn trị tính toán đặc trưng đất phụ thuộc vào mức độ đồng đất nền, độ xác yêu cầu tính toán đặc trưng loại công trình Số lượng tối thiểu tiêu thí nghiệm đơn nguyên địa chất công trình cần phải đảm bảo Đồng thời để tìm trị tiêu chuẩn trị tính toán c ϕ cần phải xác định không nhỏ giá trị τ trị số áp lực pháp tuyến p Số lượng thí nghiệm xác định trị tiêu chuẩn modun biến dạng E phương pháp nén tónh trường Trường hợp đặc biệt cho phép hạn chế giá trị E giá trị chênh lệch không 25% Phụ lục 5-1 Hệ số tα dùng để xác định số độ xác trị trung bình đặc trưng đất Số bậc tự (n-1) Rn γ, (n-2) đối Hệ số tα= ứng với xác suất tin cậy α 0,85 0,90 0,95 0,98 0,99 108 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 25 30 40 60 1,34 1,25 1,19 1,16 1,13 1,12 1,11 1,10 1,10 1,09 1,08 1,08 1,08 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,06 1,06 1,05 1,05 1,05 1,89 1,64 1,53 1,48 1,44 1,41 1,40 1,38 1,37 1,36 1,36 1,35 1,34 1,34 1,34 1,33 1,33 1,33 1,32 1,32 1,31 1,30 1,30 2,92 2,35 2,13 2,01 1,94 1,90 1,86 1,83 1,81 1,80 1,78 1,77 1,76 1,75 1,76 1,74 1,73 1,73 1,72 1,71 1,70 1,68 1,67 4,87 3,34 3,02 2,74 2,63 2,54 2,49 2,44 2,40 2,36 2,33 2,30 2,28 2,27 2,26 2,25 2,24 2,23 2,22 2,19 2,17 2,14 2,12 6,96 4,54 3,75 3,36 3,14 3,00 2,90 2,82 2,76 2,72 2,68 2,65 2,62 2,60 2,58 2,57 2,55 2,54 2,53 2,49 2,46 2,42 2,39 Buổi cuối (3 tiết) : HỆ THỐNG LẠI MÔN HỌC, KIỂM TRA 45 PHÚT 109 ... kG/cm2 điều có ý nghĩa thiÕt kÕ mãng Vật liệu trộn Hướng xoay mũi khoan Hướng vật liệu Khoan phá kết cấu đất Phun vật liệu liên kết trộn với đất Trộn đất vật liệu trộn Trộn đầm chặt 31 Hình V.1... kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, lớp cách nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo khe hở đất - Quy định chấp hành nghiêm ngặt quy trình đào đắp đất 1.3.2 Các biện pháp xử lý Mục đích : cải... Liên Xô cũ : than bùn chứa 60% di tích thực vật, đất than bùn chứa 10 60% di tích thực vật (2) 11 Nhìn chung, loại đất đắp hầu hết phải có biện pháp xử lý trước xây dựng 1.3 CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG