LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG Phương pháp TOP BASE

Phương pháp Top-base có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của lớp đất yếu và làm giảm khả năng giãn nở dẫn đến giảm độ lún móng công trình, và phân phối ứng suất bên dưới đáy móng đều hơ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 6

* Tính cấp thiết của đề tài: 6

* Mục đích nghiên cứu: 6

* Phạm vi nghiên cứu: 7

* Nội dung và phương pháp nghiên cứu: 7

* Lịch sử hình thành và phát triển: 7

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 8

Chương 1: Giới thiệu chung Top-Base 9

1.1 Lời nói đầu [15]: 9

1.2 Hình dạng và kích thước của Top-Block [15]: 10

1.3 Phương pháp thi công: 12

1.4 Tính ưu việt và phạm vi ứng dụng của phương pháp Top-Base [15]: 13 1.4.1 Tính ưu việt của phương pháp Top-base: 13

1.4.2 Phạm vi ứng dụng của phương pháp Top-base: 13

1.5 Đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base [15]: 14

1.6 Công tác đào đất: 19

1.7 Công tác lắp đặt Top-block: 21

1.8 Đổ bêtông tại chỗ: 23

1.9 Chèn đá dăm: 24

1.10 Liên kết khoá đỉnh các khối phễu: 25

1.11 Cách xử lý một vài tình huống trong quá trình thi công Top-base: 27

1.11.1 Chèn đá dăm chưa đạt yêu cầu (do lượng đá dăm chưa đủ) 27

1.11.2 Khi đặt Top base trên nền đất rất yếu: 28

1.11.3 Trường hợp hố móng quá sâu: 28

1.11.4 Trường hợp đặt Top-base trên các độ cao khác nhau: 28

1.11.5 Trường hợp đặt Top-base trên nền đất đắp 29

1.12 Nghiệm thu thi công Top-base: 29

1.13 Một số ví dụ thực hành xây dựng [15]: 30

1.14 Các điểm cần lưu ý: 32

1.15 Những tiêu chuẩn kĩ thuật chung và các quy trình thử tải [15]: 33

1.15.1 Hình dáng, kích thước và chất lượng của sản phẩm Topbase 33

1.15.2 Quy trình thử tải nén nền Top-base: 33

Chương 2: Thiết kế Top-Base 36

2.1 Khái quát [15]: 36

2.1.1 Tổng quan về phương pháp: 36

2.1.2 Đặc điểm của Top-base: 38

2.1.3 Phạm vi áp dụng Top-base: 38

2.2 Các nguyên tắc [15]: 39

2.2.1 Mục đích gia cố nền 39

2.2.2 Cơ chế gia cố nền đất 44

2.3 Nguyên lý thiết kế [15]: 48

2.3.1 Lựa chọn phương pháp: 48

2.3.2 Tính toán thiết kế: 50

2.4 Các đặc tính kĩ thuật của sản phẩm và vật liệu [15]: 60

2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích Top-Base: 62

2.5.1 Phần tử khối: 62

2.5.2 Mô hình phi tuyến phần tử khối: 65

Chương 3: Ứng dụng Top-base ở Việt Nam 4

3.1 Đánh giá điều kiện áp dụng Top-base tại Việt Nam: 4

3.1.1 Điều kiện địa chất tại các thành phố lớn ở Việt Nam 4

3.1.2 Đánh giá hiệu quả của phương pháp Top-base: 5

3.2 Phân tích thí nghiệm Top-Base theo phương pháp phần tử hữu hạn: 8

3.3 Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của nền gia cố Top-Base: .11

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN:

Chương 1:

Bảng 1 33

Hình 1.1 8

Hình 1.2 Kích thước và hình dạng chuẩn của Top-Block 8

Hình 1.3 Mặt cắt Top-Base 9

Hình 1.4 Mặt bằng Top-Base 9

Hình 1.5 Phương pháp thi công 10

Hình 1.6 11

Hình 1.7 12

Hình 1.8 Đặc tính của Top-base 12

Hình 1.9 Bánh xích dạng Top-shape của máy ủi 12

Hình 1.10 13

Hình 1.11 Phân phối cường độ của các loại móng khác nhau sau khi lún dài hạn 14

Hình 1.12 14

Hình 1.13 15

Hình 1.14 Biểu đồ Tải trọn Độ lún các loại móng 16

Hình 1.15 Ứng suất dưới đất Móng Top-Base 16

Hình 1.16 Phân bố ứng suất Móng Top-Base 16

Hình 1.17 Biến dạng ngang của Móng Top-Base 16

Hình 1.18 Chuyển vị ngang dưới Móng Top-Base 17

Hình 1.19 Khả năng chịu tải và Độ lún của các loại Móng 17

Hình 1.20 18

Hình 1.21 19

Hình 1.22 20

Hình 1.23 21

Hình 1.24 22

Hình 1.25 23

Hình 1.26 25

Hình 1.27 30

Hình 1.28.Cấu tạo Top-Block 31

Hình 1.29 Thí nghiệm thử tải ở công trường đã xây dựng xong 32

Hình 1.30 Thí nghiệm thử tải ở công trường chưa xây dựng 32

Hình 1.31 33

Chương 2: Bảng 2.1 Kết quả thử trong phòng thí nghiệm 38

Bảng 2.2 Các tiêu chuẩn ứng dụng phổ biến của phương pháp móng Top-base 50

Bảng 2.3 .54

Bảng 2.4 hệ số khả năng chịu tải của nền đất ban đầu và Top-base 55

Bảng 2.5: Các tham số của mô hình Mohr-Coulomb 66

Hình 2.1 Top-block bê tông và Top-base 34

Hình 2.2 Tên các bộ phận của móng top-base 35

Hình 2.3 Các loại móng thử lún trong thời gian dài 39

Hình 2.4 Đồ thị quan hệ độ lún – thời gian 39

Hình 2.5 Kết quả thí nghiệm lún trong phòng thí nghiệm 40

Hình 2.6 Kết quả thí nghiệm cho đất hóa lỏng trong thí nghiệm lún dài hạn 40

Hình 2.7 Các đường cong tải – lún(thử tải tại công trường) 43

Hình 2 8 Các đường cong tải - lún (trong phòng thí nghiệm) 43

Hình 2.9 Phân bố ứng suất sau khi lún dài hạn 43

Hình 2.10 Sơ đồ phân bố biến dạng

ngang 44

Hình 2.11 Sơ đồ khối chấp nhận phương pháp Top-base 46

Hình 2.12 53

Hình 2.13 Độ rộng tác dụng hiệu quả và hệ số k1 dưới tải lệch tâm 54

Hình 2.14 Phương pháp lựa chọn hệ số K2 (đất sét, Top-block φ500) 54

Hình 2.15 Biểu đồ hệ số khả năng chịu tải của Top-Base 55

Hình 2.16 Phương pháp tính toán độ lún 56

Hình 2.17 Khối bê tông dạng phễu dùng trong đất liền 58

Hình 2.18 59

Hình 2.19: Phần tử bốn mặt (trái), lăng trục (giữa), và phần tử sáu mặt (phải) 60

Hình 2.20: Hệ tọa độ tự nhiên của phần tử sáu mặt 62

Hình 2.21: Tiêu chuẩn dẻo Mohr-Coulomb 64

Hình 2.22: Tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất chính 65

Hình 2.23: Xác định góc ma sát trong và lực dính đơn vị 67

Hình 2.24: Xác định góc giãn nở 67

Chương 3: Bảng 3.1: Những công trình đã áp dụng trên thực tế tại Việt Nam 71

Bảng 3.2: Bảng chỉ tiêu cơ lý các lớp đất dưới đáy móng 72

Bảng 3.3: Đặc trưng của loại nền 1 77

Bảng 3.4: Đặc trưng của loại nền 2 77

Bảng 3.5: Đặc trưng của loại nền 3 77

Hình 3.1 Quan hệ tải trọng - độ lún (từ thí nghiệm mô hình) 70

Hình 3.2: Mô phỏng thí nghiệm nén hiện trường bằng bàn nén 73

Hình 3.3: Chuyển vị của hệ khi có gia cố Top-Base 74

Hình 3.4: Chuyển vị của hệ khi không gia cố Top-Base 75

Hình 3.5: Mô hình tính toán 78

Hình 3.6: Sự gia tăng ứng suất lệch với đất nền loại 1 79

Hình 3.7: Sự gia tăng ứng suất lệch với đất nền loại 2 79

Hình 3.8: Sự gia tăng ứng suất lệch với đất nền loại 3 80

Hình 3.9: Độ lệch chuyển vị giữa đỉnh và đáy móng đất nền 2 80

MỞ ĐẦU

* Tính cấp thiết của đề tài:

Công nghiệp xây dựng Việt Nam đang ở giai đoạn phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng yêu cầu của đất nước trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá Thực tiễn đó thúc đẩy sự sáng tạo và áp dụng các công nghệ xây dựng mới đồng thời phải luôn cố gắng cải tiến các công nghệ xây dựng hiện có để phù hợp hơn với yêu cầu mới

Trong những năm gần đây, các công nghệ, phương pháp xử lý nền đất mới đã được đưa vào áp dụng rộng rãi ở Việt Nam Nhưng hầu hết các công nghệ này chỉ mới chú trọng tới những công trình cao tầng có tải trọng lớn

Với sự quan tâm đặc biệt tới những công trình thấp tầng có tải trọng trung bình, trên nền đất yếu, tới môi trường tôi đã tìm hiểu và tiếp cận với Phương pháp TOP-BASE (TOP-BASE Method) Trong phạm vi đề tài này, tôi xin giới thiệu Phương pháp TOP-BASE cũng như sự nghiên cứu và ứng dụng nó trong điều kiện địa chất ở Việt Nam

* Mục đích nghiên cứu:

Tìm hiểu về công nghệ xử lý nền bằng Top-Base và ứng dụng của nó trong điều kiện địa chất ở Việt Nam

Qua đó để thấy được sự hiệu quả khi sử dụng công nghệ Top-Base

* Nội dung và phương pháp nghiên cứu:

Chúng tôi sẽ tiến hành phân tích sự làm việc của nền được gia cố bằng Phương pháp TOP-BASE theo hai hướng:

- Hướng phân tích lý thuyết:

Dựa vào mô hình nền biến dạng tuyến tính, phân tích sức chịu tải về biến dạng của nền, tài liệu do bên phía Hàn Quốc cung cấp

- Phân tích thực nghiệm:

Dựa trên tài liệu nén tĩnh của một số công trình đã thi công

Từ các kết quả thu được sẽ đưa ra kết luận về sức chịu tải của nền đất khi áp dụng phương pháp TOP-BASE

* Lịch sử hình thành và phát triển:

Phương pháp TOP-BASE được sử dụng lần đầu tiên tại Nhật Bản vào những năm 80 của thế kỷ XX Trong thời gian đầu thì giải pháp này không được quan tâm nghiên cứu và phát triển

Sau trận động đất lớn ở Chibahien Nhật Bản vào năm 1987, người Nhật nhận thấy sự bền vững của những công trình được sử dụng phương pháp TOP-BASE Từ đó họ bắt đầu tập trung nghiên cứu và phát triển chúng

Vào những năm 80 của thế kỉ XX, phương pháp TOP-BASE là sáng kiến kỹ thuật đặc biệt của Nhật Bản và đã trở thành một thuật ngữ quốc tế dưới tên

gọi Phương pháp móng cọc dài phễu (TOP-BASE Method) Với việc chế tạo

hàng loạt những top-block bằng bê tông trong nhà máy, Phương pháp BASE dễ dàng được sử dụng trong nhiều công trình tại Nhật Bản Tuy nhiên, mỗi top-block nặng khoảng 75kg, việc vận chuyển chúng đến công trường rất phức tạp và đòi hỏi thi công bằng các thiết bị lớn

TOP-Nhận thấy tính ưu việt của Phương pháp TOP-BASE, các kỹ sư Hàn Quốc nhanh chóng nghiên cứu, ứng dụng và cải tiến mạnh mẽ công nghệ này Thay cho việc đúc sẵn trong nhà máy, top-block được đổ ngay tại hiện trường với những khuôn nhựa được làm từ rác thải tái chế Những cải tiến này góp phần giảm giá thành cũng như rút ngắn thời gian thi công và xử lý được một phần chất thải rắn khó phân huỷ

Năm 1995, Bộ giao thông xây dựng Hàn Quốc đã kiểm định và cho phép áp dụng rộng rãi Phương pháp TOP-BASE trên toàn lãnh thổ Hàn Quốc

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Phương pháp TOP-BASE có ưu điểm nổi trội trên ba phương diện sau đây:

- Khắc phục hiện tượng lún không đều, giảm tối đa tác hại của chấn động (động đất, dư chấn khác )

- Thời gian thi công nhanh, giá thành hợp lý

- Thân thiện với môi trường

Chương 1: Giới thiệu chung Top-Base

1.1 Lời nói đầu [15]:

Một phương án móng mới gần đây được gọi là Phương pháp TOP-BASE đã thu hút sự quan tâm của các kỹ sư Nhật Bản và Hàn Quốc Nó được sử dụng trên nền đất yếu để giảm độ lún cố kết và tăng khả năng chịu tải của nền

Phương pháp Top-base là phương pháp đặt các khối bê tông hình phễu trong nền đá dăm lên lớp đất yếu Phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ cho thấy độ lún cố kết giảm từ 1/10 ÷ 1/2 hoặc nhiều hơn, đồng thời tăng khả năng chịu tải của nền từ 50% - 200% hoặc nhiều hơn so với nền đất ban đầu chưa được xử lý

Phương pháp Top-base có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của lớp đất yếu

và làm giảm khả năng giãn nở dẫn đến giảm độ lún móng công trình, và phân phối ứng suất bên dưới đáy móng đều hơn dẫn đến tăng khả năng chịu lực của nền

Do sự gia tăng dân số, sự thiếu thốn về đất đai, và nhu cầu sử dụng đất yếu để xây dựng công trình đã thúc đẩy các kỹ sư xây dựng tìm ra các giải pháp cải thiện các khu vực nền đất yếu phục vụ công tác xây dựng sao cho tiết kiệm chi phí vật liệu và chi phí xây dựng, phương pháp này chỉ nên dùng cải thiện nền đất bề mặt và ngay dưới bề mặt

Gần đây, một phương pháp mới được phát minh mà liên kết các khối bê tông hình phễu và đặt chúng lên trên nền đất Các nhóm Top-block có thể được sử dụng như phương án móng nông để thay thế móng cọc Nó được gọi là

“Móng Top-base” Thực tế cho thấy nhiều công trình xây dựng ứng dụng

200 50

vßng thÐp phÇn trô nãn

phÇn trô nãn

phÇn cäc phÇn mòi v¸t

1.2 Hình dạng và kích thước của Top-Block [15]:

Hình 1.2 Kích thước và hình dạng chuẩn của Top-Block,[15]

Một khái niệm mới của phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ là sử dụng các thanh thép nối các Top-block với nhau tạo thành nhóm các Top-block (nối tại vị trí giao giữa phần trụ nón và phần cọc), đổ bê tông vào phễu nhựa, rải

đá dăm đầm chặt, lắp dựng cốt thép nối phía trên, v.v…, phần trụ nón nghiêng

phần mũi vát được thiết kế đặc biệt để ngăn cản biến dạng ngang của block

Top-Hình 1.3 Mặt cắt Top-Base, [15]

Đây là phương pháp thi công Top-base mới làm giảm chi phí xây dựng do tiết kiệm được thời gian thi công, đơn giản và giảm chi phí vật liệu

Hình 1.4 Mặt bằng Top-Base, [15]

1.3 Phương pháp thi công:

Bước 1: Nối các phễu nhựa thành khối Bước 2: Lắp đặt các khối phễu nhựa

Bước 5: Lắp đặt các thanh thép nối phía trên Bước 6: Hoàn thành Móng Top-base

Hình 1.5 Phương pháp thi công, [18]

1.4 Tính ưu việt và phạm vi ứng dụng của phương pháp Top-Base [15]:

1.4.1 Tính ưu việt của phương pháp Top-base:

- Đảm bảo an toàn cho tải trọng đặt trên nền

đất yếu

- Giảm độ lún tổng thể và lún lệch của công

trình, đồng thời tăng khả năng chịu tải của

nền ban đầu

- Hoàn toàn loại bỏ được ảnh hưởng xấu đến

việc xây dựng do tiếng ồn và chấn động gây

- Có khả năng thi công ở nơi chật hẹp ngay cả trong công trình đã xây dựng

- Thi công tiện lợi không cần thiết bị đặc biệt

- Giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng

- Thân thiện với môi trường

1.4.2 Phạm vi ứng dụng của phương pháp Top-base:

Phương pháp Top-base được áp dụng rộng rãi để xử lý nền cho các công trình dân dụng và công nghiệp

- Công trình liên quan tới bảo vệ môi trường như: bãi san lấp chất thải, nơi xử

- Các công trình giao thông và thông tin liên lạc như: đường và các công trình liên quan, hệ thống cáp ngầm…

Hình 1.7 [15]

1.5 Đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base [15]:

Hình 1.8 Đặc tính của Top-base, [15] Hình 1.9 Bánh xích dạng

Top-shape của máy ủi, [15]

(Hình 1.8) là biểu đồ đặc tính của base: phần trụ nón của block được đặt trong lớp vật liệu rời rạc (đá dăm) nằm trên nền đất yếu, phần

Top-cọc của Top-block cũng được đặt trong phần địa tầng tương tự, và phần cốt thép phía trên và phía dưới có tác dụng nối các Top-block thành nhóm; vì vậy phương pháp móng Top-base trở thành hệ kết cấu móng cứng linh hoạt.

Hình 1.10 [15]

Bên cạnh đó, góc giữa phần trụ nón của Top-block và phần đất (vật liệu

1.9), cấu tạo này cho phép phân tích tải trọng thẳng đứng tác dụng lên

kháng của lớp vật liệu rời rạc và phần cọc, như trong (Hình 1.10)

Tóm lại, phương pháp Top-base là phương pháp cải thiện nền đất làm tăng khả năng chịu tải của nền đất và giảm độ lún do sự phân phối lại ứng suất và ngăn cản biến dạng ngang thông qua việc thiết lập nên hệ kết cấu tạo bởi lớp

đá dăm và hình dạng bánh xích của phần trụ nón

(Hình 1.11) thể hiện biểu đồ phân phối cho các loại móng khác nhau: móng

bê tông và móng đá dăm có đường phân bố ứng suất không đều, móng trên

nền Top-base cho kết quả đường phân bố ứng suất đồng đều, có nghĩa là móng trên nền Top-base ổn định hơn Thực tế, Top-base làm tăng từ 1,5 ÷ 2,5 lần khả năng chịu tải của nền và làm giảm 1/2 ÷ 1/4 lần độ lún so với nền đất ban đầu.

Top-base không chỉ có tác dụng phân phối đều tải trọng tác dụng và độ lún,

nó còn làm giảm cường độ tải trọng truyền qua lớp Top-base do sự phân phối lại ứng suất, vì vậy tải trọng tác dụng sẽ không gây ảnh hưởng đến lớp đất ở dưới sâu

Hình 1.11 Phân phối cường độ của các loại móng khác nhau sau khi

lún dài hạn, [15]

Hình 1.12 [15]

Hình 1.13 [15]

Hình 1.14 Biểu đồ Tải trọng Hình 1.15 Ứng suất

Độ lún các loại móng, [15] dưới đất Móng Top-Base, [15]

Hình 1.16 Phân bố ứng suất Hình 1.17 Biến dạng ngang của

Móng Top-Base, [15] Móng Top-Base, [15]

Hình1.18 Chuyển vị ngang dưới Móng Top-Base, [15]

Hình 1.19 Khả năng chịu tải và Độ lún của các loại Móng, [15]

Topbase là một phương pháp gia cố nền đất rất hiệu quả, cần được thực hiện theo trình tự dưới đây:

Dưới đây quy định một số yêu cầu cụ thể cho công tác thi công Top-base:

1.6 Công tác đào đất:

Đất sẽ được đào đến độ sâu thiết kế, nếu hố đào sâu trên 1m phải dự kiến biện pháp bảo vệ thành hố đào và thoát nước hố đào để bảo đảm điều kiện thi công

Hình 1.20.

Hình 1.21.

Trường hợp đáy hố đào ở trên mực nước ngầm (không bị ngập nước) và là lớp đất rời rạc, cần tiến hành làm ẩm và đầm nén làm chặt lớp đất đáy hố móng, trải vải địa kỹ thuật trước khi lắp đặt phễu nhựa hoặc Top-block đúc sẵn

Trường hợp đáy hố móng khô ráo và là đất dính có R>0,5kg/cm2 thì chỉ cần làm phẳng đáy hố móng, rải lớp vải địa kỹ thuật rồi lắp đặt phễu nhựa hoặc Top-block đúc sẵn,

Nếu đất tại đáy hố móng quá yếu ( R< 0,3 kg/cm2 ) phải trải lớp đá mạt hoặc

đá dăm dày tối thiểu 100mm trên diện tích bố trí Top-base trước khi tiến hành lắp đặt

1.7 Công tác lắp đặt Top-block:

Khi lắp đặt các khối Top-block cần phải điều chỉnh độ cao của các móc thép gắn trên phễu bê tông sao cho bằng nhau

Hình 1.22.[18]

Lưới cốt thép định vị cho trường hợp sử dụng Top-block là lưới thép thanh có khoảng cách 500 x 500mm với đường kính thanh thép 10mm Cũng có thể chế tạo lưới thép này bằng hàn hồ quang điện ngay tại công trường, song cần hàn thêm một thanh chéo vào mỗi ô vuông 500 x 500mm để làm khung định

vị phần cọc của Top-block

Phần thẳng đứng có dạng cọc của Top-block (chân phễu) phải được chôn hoặc đóng vào nền đất theo phương thẳng đứng vào ô có hình tam giác trên lưới thép định vị (nếu dùng Top-block đúc sẵn)

Khi sử dụng Top-base theo phương pháp đúc bêtông tại chỗ trong các phễu nhựa sẽ định vị các phễu nhựa bằng cách luồn các thanh thép Ø10 qua lỗ khoan sẵn ở nơi tiếp giáp giữa phần cọc và phần côn của phễu nhựa Nếu việc chôn/đóng chặt các Top-block gặp khó khăn do nền quá cứng, có thể phải tạo

lỗ có đường kính bằng đường kính chân phễu để đút chân phễu vào đó Các phương pháp để tạo lỗ để đút chân phễu có thể là phương pháp dùng trụ gỗ tròn có đường kính bằng đường kính chân phễu đóng vào nền rồi rút lên, hoặc dùng máy khoan đứng cầm tay

Hình 1.23.

1.8 Đổ bêtông tại chỗ:

Hiện nay thường dùng Top-base với phương pháp đổ bêtông tại chỗ trong các phễu nhựa (Phương pháp do Công ty TBS Hàn Quốc đề xuất năm 2000) hơn

là lắp dựng các khối Top-block bằng bêtông đúc sẵn (phương pháp của Nhật

đề xuất từ 1980) do các ưu điểm về sự linh hoạt và thuận tiện trong thi công, không bị phụ thuộc thiết bị cơ giới, và khả năng hạn chế tai nạn lao động của

nó so với lắp đặt các Top-block bằng bê tông rất dễ đổ lại nặng trên 80kg/cái

Về cường độ, bêtông đổ trong phễu nhựa chỉ cần mac R= 100 kg/cm2, nếu khối lượng thi công nhỏ có thể trộn bê tông bằng máy trộn mini theo cấp phối

để đạt mác bê tông này

Khi khối lượng thi công Top-base lớn, việc vận chuyển bê tông sau trộn đến chỗ đổ vào phễu rất tốn nhân công, năng suất thấp, nếu không có cẩu phục vụ Tiền thuê cẩu phục vụ đổ bê tông sẽ đắt hơn so với dùng máy bơm bêtông Để bơm được bê tông vào phễu nhựa cần sử dụng bêtông mác 200 Vậy trường hợp này sử dụng mác bê tông 200 đổ vào phễu là do yêu cầu công nghệ bơm

bê tông, là yêu cầu của biện pháp thi công, không phải do yêu cầu chịu lực của Top-base

Để đầm chặt bêtông trong phễu nhựa có thể sử dụng đầm rung nếu là bêtông trộn máy có độ sụt thấp, hoặc chỉ đầm bằng xẻng rất đơn giản nếu sử dụng bêtông bơm có độ sụt lớn.

và tỉ mỉ công tác chèn đá dăm và đầm rung đá dăm

Trước hết, đổ đầy đá dăm trờn mặt các khối Top-block rồi dùng xẻng gạt đá dăm chèn dần lấp đầy vào các khe trống giữa các phễu bê tông trong lúc đó đồng thời tiến hành đầm rung

Công tác đầm đá dăm có thể thực hiện bằng cách dùng cọc thép, thanh thép chọc thủ công nếu khối lượng Top-base nhỏ

Với khối lượng Top-base lớn chủ yếu dùng phương pháp đầm rung với loại đầm dùi có động cơ ( dùng trong đầm bêtông ) Cần phải tiến hành công tác

đầm rung để đảm bảo có được một kết cấu nền móng vững chắc có độ chặt của đá dăm là tối đa, không để sót bất kỳ khoảng trống nào dưới phần côn của phễu Thực hiện yêu cầu này bằng cách thay đổi hướng của quả đầm trong quá trình đầm rung Để có thể làm tăng độ chặt của khối đá dăm, nên làm tăng mật độ khối đá dăm này bằng cách phối trộn thêm một tỷ lệ nhỏ loại đá kích thước nhỏ hơn (0,5-1 cm) trong lúc đầm rung trên toàn bộ diện tích móng thi công bằng đá dăm kích thước 1-2 cm, ( nếu điều kiện thi công cho phép ).

Hình 1.25.[18]

1.10 Liên kết khoá đỉnh các khối phễu:

Đặt các thanh cốt thép Φ12 trên đỉnh khối Top-base tạo thành lưới thép liên kết, khi đổ bêtông móng, hoặc lớp bê tông khoá đỉnh khối phễu xong, các lưới thép này cùng với kết cấu bê tông có tác dụng khoá chặt đỉnh các khối Top-block, bắt chúng chịu lực đồng thời, theo đúng sơ đồ tính toán

Để lắp đặt các thanh thép này, có thể lựa chọn một trong hai phương pháp sau đây:

Phương pháp 1 :

Trong trường hợp thi công lớp bê tông kết cấu móng trực tiếp lên mặt của lớp phễu Top-base:

Cách này vừa tiết kiệm vật liệu, nhân công vừa tiết kiệm thời gian, và độ sâu đào móng, chiều dày Top-base, nhưng chỉ thực hiện được nếu cùng một nhà thầu thi công Top-base và kết cấu móng.

Buộc các thanh thép định vị Φ12mm theo 2 phương, cách nhau 500mm, lưới thép thanh này được liên kết với móc thép của phễu bê tông tạo thành một mạng lưới liên kết Do vậy khi bê tông kết cấu móng được thi công sẽ gắn chặt với phần đỉnh Top-block tạo thành một kết cấu thống nhất rất vững chắc Trước khi đúc bê tông móng cần điều chỉnh độ cao khối Top-block và làm công tác vệ sinh bề mặt các Top-block

Trên bề mặt của các khối Top-block, qua móc neo đặt sẵn, liên kết các thanh thép Ø12 cách nhau 500 mm theo cả hai phương, rồi làm sạch bề mặt các khối Top-block và đổ lớp bêtông mác 200 dày 100mm để toàn khối hoá toàn bộ các Top-block này với nhau như một khối thống nhất Sau đó bàn giao mặt bằng cho nhà thầu thi công kết cấu móng

Hình 1.26.[18]

1.11 Cách xử lý một vài tình huống trong quá trình thi công Top-base:

1.11.1 Chèn đá dăm chưa đạt yêu cầu (do lượng đá dăm chưa đủ)

Để tránh trường hợp này, việc đầm rung đá dăm cần thực hiện khi lượng đá dăm phải thừa để lấp các khoảng trống và cần tiến hành công tác đầm rung một cách cẩn thận Nếu lượng đá dăm chưa đủ có thể xảy ra lỗ rỗng tại khu vực xung quanh phần đáy hình côn của phễu bê tông Do vậy, khi tiến hành đầm rung phải tiến hành đầm đều theo 4 hướng từ mỗi khe chèn đá dăm và lượng đá dăm phải đủ độ dư để dễ dàng lấp đầy các lỗ trống

1.11.2 Khi đặt Top base trên nền đất rất yếu:

Khi lắp đặt các phễu bê tông trực tiếp trên nền đất yếu (R< 0,3 kg/cm2) mà không rải đá dăm trên nền đất yếu này, độ ổn định của các phễu bê tông tại phần đế có thể không được tốt và công tác đổ chèn đá dăm và đầm rung có thể rất khó thực hiện được Để ngăn chặn điều đó xảy ra, cần tiến hành chèn

đá dăm ngay sau khi đó lắp đặt Top-block hoặc tiến hành đầm nén càng sớm

và càng đều càng tốt ngay sau khi lắp đặt Top-block tại phần cuối hoặc giữa dãy block (nếu đầm từ hai đầu vào giữa) nhằm cố định vị trí của các phễu bê tông

1.11.3 Trường hợp hố móng quá sâu:

Cần có biện pháp bảo vệ thành hố móng như đóng cừ thép, làm cọc barrete…trước khi tiến hành đào đất hố móng

Biện pháp bảo vệ thành hố phải được thiết kế và thẩm tra phê duyệt trước khi tiến hành đào đất

1.11.4 Trường hợp đặt Top-base trên các độ cao khác nhau:

Khi sử dụng Top-base, hầu hết trường hợp đều bố trí Top-base ngay sát dưới móng nông, nên có thể xảy ra tình huống Top-base sẽ được bố trớ tại các độ cao khác nhau

Tốt nhất nên thi công Top-base ở chỗ sâu trước, thi công Top-base ở chỗ nông hơn sau

Trong trường hợp đặc biệt phải thi công cuốn chiều không làm phần Top-base

ở chỗ sâu trước thì cần để chừa lại không ít hơn 4 hàng phễu về mỗi phía xung quanh hố đào sâu Chỉ thi công phần Top-base chừa lại này sau khi thi công cả Top-base và kết cấu ngầm này vượt trên cao độ của phần Top-base đó chừa lại

1.11.5 Trường hợp đặt Top-base trên nền đất đắp

Cần sử dụng loại đất có tính nén lún tốt, thuần nhất để làm vật liệu đắp

Chỉ nên đắp nền đến cao độ đặt phễu thì dừng lại, đầm nén, thi công xong Top-base rồi mới đắp tiếp nền cho diện tích xung quanh

Như vậy khi lắp đặt phễu và đổ bê tông rất thuận tiện, song khi chèn và đầm

đá dăm sẽ tốn nhiều đá Khắc phục hiện tượng này bằng cách bọc vải địa kỹ thuật lên đến cao độ đỉnh Top-base để đá dăm chỉ nằm trong thể tích vải địa

kỹ thuật đó định trước

1.12 Nghiệm thu thi công Top-base:

Các tiêu chí quản lý trong quá trình thi công xây dựng và nghiệm thu sản phẩm thi công Top-base như sau:

1 Không có hư hại, nứt vỡ v.v…, trên các Top-block bê tông

2 Cao độ lắp đặt và vị trí của các phễu bê tông phải tuân theo đúng với các bản vẽ thiết kế

3 Khi lắp đặt các Top-block bê tông, phải đảm bảo độ bằng phẳng và độ xoa nhẵn bề mặt bê tông (để dễ làm sạch trước khi đổ bêtông khoá đỉnh Top-block)

+ Chiều sâu vết chân còn sót lại cho phép trong khối bê tông đúc tại công trường là bằng ½ chiều cao phần vành của Top-block bê tông

+ Độ lệch phẳng cho phép của bề mặt bê tông trong các Top-block bê tông là 5%

4 Việc chèn và đầm đá dăm phải bảo đảm đặc chắc, do vậy quá trình giám sát phải được tiến hành như dưới đây:

+ Việc chèn đầy và đầm rung đá dăm được cho là đạt yêu cầu khi không xuất hiện độ lún sụt đá dăm đã chèn khi có va đập mạnh với lưới thép hoặc trực tiếp trên mặt đá dăm v.v…

+ Sau khi xác nhận rằng việc chèn đá dăm và đầm rung là đạt yêu cầu, phải đảm bảo rằng bề mặt bên trên của lớp đá dăm chèn giữa các phễu Top-base là hoàn toàn ngang bằng với bề mặt các phễu bê tông

Một tường chắn loại chữ L đúc sẵn được tiếp nhận như một kết cấu trong nền

việc đặt mẫu thử có chiều cao 3.5-4.3m từ một mẫu tường chắn mỏng trên nền đất sét ban đầu

Và các kết qủa thí nghiệm vật lý cho việc lấy mẫu như minh hoạ trong hình 1.27 [Fig 9.23] các lớp sét sâu hơn 4mm so với bề mặt đáy của các tường chắn thì việc sử dụng phương pháp Top-base là chấp nhận được vì nó rất kinh

tế Hình ảnh mặt cắt ngang (tiết diện) trong trường hợp này được minh hoạ trong hình 1.27 [Fig 9.23]

(Thi công xây dựng -2) móng cầu hình hộp (hình 1.27 [Fig 9.24])

Một móng cầu hình hộp được thiết kế cho một cây cầu tại 1 con sông ở địa phương Mặc dù có sự xem xét đến rất nhiều phương pháp thi công móng khác nhau do có nền đất yếu, phương pháp Top-base vẫn được lựa chọn sử dụng vì có hiệu quả kinh tế và phù hợp với điều kiện thi công tại hiện trường

Đối với công tác thi công đào đất, phương tiện bảo vệ hố móng dùng cọc ván thép, và việc thi công móng Top-base và móng hình hộp được tiến hành thuận tiện lắp đặt toàn bộ các phễu bê tông trên một hàng ngang bề mặt đáy của móng hộp được sử dụng, do vậy mặt cắt ngang và nhật ký khảo sát về trong trường hợp này đựoc minh hoạ trong hình 1.27 [Fig 9.24].

(Thi công xây dựng -3) Thi công móng xây dựng cho 1 toà nhà 3 tầng (hình 1.27 [Fig 9.25])

Kết cấu móng gia cường cho toà nhà 3 tầng đã đề cập ở trên được thiết kế tại

vị trí dùng để xây nhà ở trên vùng đất trồng trọt Độ sâu của nền gia cố là 17m

do vậy việc sử dụng móng cọc phải được xem xét lại trên phương diện thiết

kế, nhưng móng Top-base lại được chấp thuận sử dụng vì rất kinh tế và vì nó

là một phương pháp cải thiện nền đất rất hiệu quả

Mặt cắt ngang của toà nhà và nhật ký khảo sát đất được minh hoạ trong hình 1.27 [Fig 9.25]

Nền đất tự nhiên ban đầu là sét bùn có giá trị N=0~3 lên tới 5m về độ sâu với

sự gia tăng lượng bùn N = 4~15 tại các độ sâu lớn hơn

Hình 1.27 [15]

1.14 Các điểm cần lưu ý:

Khi thiết kế 1 lớp Top-base mà chưa đủ đáp ứng yêu cầu do tải trọng thiết kế quá lớn có thể thiết kế Top-base 2 lớp hoặc mở rộng diện tích bố trí Top-base Khi áp dụng phương pháp mở rộng diện tích thi công, chỉ có thể đặt các phễu bê tông nhô lên hơn 1 nửa chiều cao của phễu so với đáy móng, đổ lớp móng bê tông phía trên lên phía trên của lớp phễu Top-base do vậy tải trọng

có thể được phân bổ đều trên các phễu bê tông v.v…

200 50

vßng thÐp phÇn trô nãn

phÇn trô nãn

phÇn cäc phÇn mòi v¸t

khu«n nhùa tæng hîp

t = 5 mm

135

Ø10

1.15 Những tiêu chuẩn kĩ thuật chung và các quy trình thử tải [15]:

1.15.1 Hình dáng, kích thước và chất lượng của sản phẩm Topbase

- Hình dáng và kích thước của khối Top-base phải là các sản phẩm bê tông đúc tại chỗ như mô tả tại hình 1

- Chất lượng của các khối bê tông

Top-base đúc tại chỗ sẽ được đảm bảo với bê

tông trộn sẵn mác 100 (hoặc 200 khi

dùng bơm) theo TCVN

- Độ bền nén của khối bê tông Top-base

Hình 1.28.Cấu tạo Top-Block

- Các thanh thép gia cường ở đỉnh và thanh thép định vị ở phía dưới của base phải là các thanh thép xây dựng có đường kính Φ=12mm

Top Kích thước của cốt liệu cho chèn khe giữa các TopTop block phải là đá dăm đường kính Φ < 25mm

1.15.2 Quy trình thử tải nén nền Top-base:

Tiến hành thử tải bàn nén nhằm xác định khả năng chịu tải của nền đất ban đầu hoặc của nền đã gia cố bằng Top-base và nhằm xem xét về độ an toàn của móng

Thử tải được tiến hành bằng cách chất tải trọng lên bàn nén đặt trực tiếp nền đất cần thử nghiệm và đo độ lún của nền trong quá trình tăng, giảm tải trọng.Việc thử tải được tiến hành thông qua một tấm bàn nén đặt trực tiếp trên nền Top-base, do vậy kích thước của bàn nén phải được chọn sao cho phù hợp thiết kế của Top-base và mức tải trọng áp dụng Đối với Top-base đường kính Φ500 nên dùng bàn nén có đường kính là Φ30-50cm ( nếu thiết kế 1 lớp Top-base chịu tải) hay 1.0mx1.0m (nếu thiết kế 2 lớp Top-base chịu tải)

Các phương pháp thử tải phải dựa trên các quy định về thử tải theo tiêu chuẩn Hiệp hội Địa kĩ thuật của Nhật Bản (JSF-T25-80) hoặc các tiêu chuẩn công nghiệp Hàn Quốc (KSF2444).

Điều kiện của hiện trường thử tải bao gồm:

(a) Tại một phần của nền sau khi đã hoàn thành gia cố bằng Top-base và (b) Khi đã hoàn thành xong việc lắp đặt topbase nhưng chưa tiến hành khoá đỉnh các khối Top-block, chưa thi công xây dựng kết cấu móng bên trên Quá trình thử tải sử dụng bàn nén như đã minh hoạ trong hình 4 và 5

Hình 1.29 Thí nghiệm thử tải ở công Hình 1.30 Thí nghiệm thử tải ở công trường đã xây dựng xong, [15] trường chưa xây dựng, [15]

Để tham khảo, vui lòng xem kết quả việc kiểm tra khả năng chịu tải của móng Top-base được tiến hành tại Chungdam –dong Daewoo do Viện nghiên cứu kĩ thuật Daewoo tiến hành dưới đây

Yield load

Settlement then

Allowable bearing capacity

Chương 2: Thiết kế Top-Base

2.1 Khái quát [15]:

2.1.1 Tổng quan về phương pháp:

Top-Base là phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cách xếp đặt các khối bê tông hình phễu (sau đây gọi là Top block ) lên bề mặt của nền đất nguyên dạng và chèn đầm đá dăm lấp đầy vào khe trống giữa các Top block này để tạo thành kết cấu nền cho móng nông như trong Hình 2.1

Phương pháp này được sử dụng rất nhiều trong kết cấu móng nông trên nền đất yếu, có tác dụng cải tạo nền đất cả về khả năng nâng cao khả năng chịu tải của nền đất yếu và giảm độ lún vì thế được coi là một trọng các phương pháp cải tạo nền đất có hiệu quả cao

Hình 2.1 Top-block bê tông và Top-base[18]

Trình tự thực hiện như sau: đặt các thanh cốt thép định vị dạng lưới kết hợp với định vị các khối bê tông trên bề mặt nền đất cần gia cố, đặt khối bê tông dạng phễu vào đúng vị trí đã xác định tại lưới thép sao cho các khối bê tông này ghép sát và song song nhau Buộc các thanh cốt thép kết nối trên móc thanh cốt thép đã có để nối các khối bê tông lại tạo thành lưới thép ở phía trên

đỉnh các khối bêtông Khoảng không gian giữa các khối bê tông được đổ đầy

đá dăm và sau đó được đầm chặt

Mặt cắt ngang và tên của từng bộ phận của Top-base được chỉ dẫn trong hình 2.2

Hình 2.2 Tên các bộ phận của móng top-base

Phương pháp Top-base được sử dụng ở đất liền và bờ biển có đặc điểm khác nhau

Trên đất liền, Top-base được sử dụng làm giảm mạnh độ lún của nền đất yếu

và tăng đáng kể khả năng chịu lực cho phép của nền đất Trong trường hợp này, có thể dùng các khối bê tông dạng phễu có đường kính 33cm và 50cm Khi đặt 2 lớp Top-base đường kính 50cm, tạo được chiều dày gia cố tương đương Top-base đường kính 1m, nhưng thi công nhẹ nhàng hơn

Trong khi đó, Top-base ở vùng bờ biển được dùng làm móng cho khối bê tông chắn sóng để tránh cho khối bê tông này khỏi bị chìm vào nền bùn cát có khả năng chịu tải thấp v.v do hoạt động lặp lại của sóng Trong trường hợp này, khối bê tông dạng phễu sử dụng đường kính lớn tới 2m

Quy trình này sử dụng cho Top-base trong đất liền và chỉ giới thiệu sơ qua về việc sử dụng ở bờ biển

2.1.2 Đặc điểm của Top-base:

Phương pháp Top-base có tác dụng giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực khi tải trọng từ kết cấu bên trên không quá lớn so với khả năng chịu tải của nền đất yếu Kết cấu móng nông bên trên Top-base thay đổi theo quy mô công trình, điều kiện thi công xây dựng, có thể là móng đơn, móng dạng băng hoặc dạng bè do người thiết kế kết cấu của công trình quyết định lựa chọn, trên cơ

sở các thông tin dự báo về khả năng chịu tải của nền đất đã được gia cố của Công ty Liên doanh TBS Việt nam Top-base có hiệu quả đặc biệt trong việc giảm độ lún do Top-base có tác dụng phân phối ứng suất với hiệu ứng đồng vận giữa các khối bê tông được chèn đầy đá dăm Cơ chế giảm độ lún là do khả năng ngăn chặn biến dạng ngang của nền đất nằm dưới móng bởi phần cọc phễu, đồng thời có tác dụng tăng khả năng chịu lực bằng cách ngăn chặn phá hoại cục bộ

Hơn nữa, phương pháp này đang được áp dụng làm móng chống động đất do

có hiệu ứng tương tự trên nền cát có khả năng xảy ra hiện tượng hoá lỏng nền đất dưới tác động của tải trọng động đất

Ngoài ra, người ta cho rằng hiện tượng chìm các khối bê tông chắn sóng khi sóng lặp lại là do hoá lỏng gây ra, vì thế có thể thấy rằng Top-base có tác dụng đáng kể trong việc ngăn chặn lún các khối bê tông chắn sóng

2.1.3 Phạm vi áp dụng Top-base:

Top-base là phương pháp gia cố nền đất để cải thiện và gia cố đất xung quanh phần đáy của kết cấu móng trên nền đất yếu, có thể được sử dụng cho bất kỳ móng công trình nào khi tải trọng từ kết cấu trên truyền xuống không quá lớn

so với khả năng chịu lực cho phép của nền đất ban đầu ( không quá 2,5 đến 3,5 lần )

Đối với các cuộc thử nghiệm độ lún dài hạn, việc thử nghiệm so sánh đã được thực hiện liên quan đến 5 loại móng như nêu trong hình 2.3 trên nền đất yếu

có nhiều tàn tích hữu cơ có các đặc tính đất như bảng 1.1 Kết quả đo độ lún được chỉ ra trong Hình 2.4

Top-base có độ lún nhỏ hơn bao gồm phần gia cố thứ cấp mặc dù áp dụng tải 0,5tf lớn hơn so với nền đất ban đầu và việc so sánh độ lún dài hạn đối với tải trọng cùng mức chỉ ra rằng độ lún giảm nhờ có Top-base đến 1/3 lần trên nền đất ban đầu nếu dùng Top-base 1 lớp và chỉ còn 1/9 của độ lún nền đất ban đầu nếu dùng Top-base 2 lớp

Các thử nghiệm độ lún dài hạn được tiến hành trong phòng thí nghiệm với cách thức tương tự Kết quả của việc thử nghiệm Top-base đường kính 6cm trên lớp đất đường kính 50cm, sử dụng 9 khối bê tông theo 3 hàng trên cả hai mặt giống như thử nghiệm tại chỗ được chỉ ra trong Hình 2.5

Bảng 2.1 Kết quả thử trong phòng thí nghiệm, [15]

0.11~0.09 (trung bình 0.10)

3.0~2.8 (trung bình 2.90)

3.8~3.3 (trung bình 3.55)