xử lý nền móng

Bài giảng chuyên đề xử lý nền móng (Dành cho sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng – Công nghiệp)

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH

-oOo -BÀI GIẢNG

CHUYÊN ĐỀ XỬ LÝ NỀN MÓNG

Dành cho sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng – Công nghiệp

Biên soạn : TS Tô Văn Lận

Năm 2009

MỤC LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO 4

CHƯƠNG 1 5

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU 5

1.1KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU 5

1.1.1Về định tính 5

1.1.2Về định lượng 6

1.2ĐẶC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT YẾU 6

1.2.1Đất sét yếu 6

1.2.1.1Hạt sét và các khoáng vật sét 6

1.2.1.2Liên kết cấu trúc và sức chống cắt của đất sét 7

1.2.1.3Các đặc điểm khác của đất sét yếu 9

1.2.2Đất cát yếu 10

1.2.3Bùn, than bùn và đất than bùn 10

1.2.4Đất đắp 11

1.3CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU 12

1.3.1Giải pháp kết cấu 12

1.3.2Các biện pháp xử lý nền 12

1.3.3Các giải pháp về móng 12

CHƯƠNG 2 12

BIỆN PHÁP KẾT CẤU KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 12

2.1LỰA CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU 12

2.1.1Loại kết cấu tuyệt đối cứng 13

2.1.2Loại kết cấu mềm 13

2.1.3Sơ đồ kết cấu có độ cứng giới hạn 13

2.2BỐ TRÍ KHE LÚN 15

2.3THIẾT KẾ GIẰNG MÓNG VÀ GIẰNG TƯỜNG 16

2.3.1Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp đơn giản 17

2.3.1.1Cơ sở tính toán 17

2.3.1.2Nội lực trong giằng 17

2.3.1.3Tính toán cốt thép giằng 18

2.3.2Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp của B.I Đalmatov 18

2.4CẤU TẠO GỐI TỰA CỨNG 21

2.5CHỌN LOẠI MÓNG VÀ CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG 22

2.5.1Chọn loại móng 22

2.5.2Chọn chiều sâu chôn móng 22

2.5.2.1Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng 22

2.5.2.2Aûnh hưởng của trị số và tính chất truyền tải trọng của công trình 22

2.5.2.3Aûnh hưởng của đặc điểm và yêu cầu sử dụng công trình 23

2.5.2.4Aûnh hưởng của biện pháp thi công móng 23

CHƯƠNG 3 24

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ, CẢI TẠO ĐẤT NỀN 24

3.1ĐỆM CÁT 24

3.1.1Phạm vi áp dụng 24

3.1.2Tính toán đệm cát 24

3.1.3Thi công đệm cát 26

3.1.4Trình tự thiết kế móng sử dụng đệm cát 27

3.1.4.1Chọn độ sâu chôn móng 27

3.1.4.2Xác định kích thước đáy móng và kiểm tra điều kiện áp lực 27

3.2CỌC CÁT 27

3.2.1Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 27

3.2.2Tính toán và thiết kế cọc cát 28

3.2.2.1Hệ số rỗng của nền được gia cố bằng cọc cát 28

3.2.2.2Diện tích nén chặt 28

3.2.2.3Số lượng cọc cát 29

3.2.2.4Bố trí cọc cát 29

3.2.3Thi công cọc cát 30

3.3TRỤ ĐẤT XI MĂNG 30

3.3.1Phạm vi áp dụng 30

3.3.2Moõ taỷ veà coõng ngheọ 30

3.3.3Caực giaỷi phaựp thieỏt keỏ 31

3.3.3.1Nguyeõn lyự thieỏt keỏ 31

3.3.3.2Quy trỡnh thieỏt keỏ, thi coõng truù ủaỏt xi maờng 33

3.3.3.3Thớ nghieọm 33

3.3.3.4Tửụng quan giửừa caực ủaởc tớnh cuỷa ủaỏt xửỷ lyự 33

3.3.3.5Phửụng hửụựng thieỏt keỏ 33

3.4NEÙN TRệễÙC BAẩNG TAÛI TROẽNG TểNH 35

3.4.1ẹaởc ủieồm vaứ phaùm vi ửựng duùng 35

3.4.2ẹieàu kieọn veà ủũa chaỏt coõng trỡnh 35

3.4.3Tớnh toaựn gia taỷi trửụực 36

3.4.4Bieọn phaựp thi coõng 37

3.5GIEÁNG CAÙT 37

3.5.1ẹaởc ủieồm vaứ phaùm vi ửựng duùng 37

3.5.2Tớnh toaựn vaứ thieỏt keỏ gieỏng caựt 38

3.5.2.1ẹeọm caựt 38

3.5.2.2Lụựp gia taỷi 38

3.5.2.3Gieỏng caựt 38

3.5.2.4Tớnh bieỏn daùng cuỷa neàn 39

3.5.3Thi coõng gieỏng caựt 40

3.6GIA COÁ NEÀN BAẩNG BAÁC THAÁM 40

3.6.1Phaùm vi aựp duùng 40

3.6.2Moõ taỷ veà coõng ngheọ 40

3.7GIA COÁ NEÀN BAẩNG VAÛI ẹềA KYế THUAÄT 41

3.7.1Gia cố nền đường 41

3.7.2Gia cố tường chắn đất 42

CHệễNG 4 44

NGUYEÂN TAẫC THIEÁT KEÁ MOÄT SOÁ LOAẽI MOÙNG COẽC 44

4.1THIEÁT KEÁ MOÙNG COẽC KHOAN NHOÀI 44

4.1.1ẹaởc ủieồm phaùm vi aựp duùng 44

4.1.2Thieỏt keỏ moựng coùc khoan nhoài 45

4.1.3Thi coõng moựng coùc khoan nhoài 53

4.1.4Kieồm tra chaỏt lửụùng coùc khoan nhoài 56

4.1.5Caực sửù coỏ thửụứng gaởp vaứ caựch xửỷ lyự 62

4.2THIEÁT KEÁ MOÙNG COẽC BARET 63

4.2.1Khaựi nieọm 63

4.2.2Khaỷo saựt ủũa chaỏt cho thieỏt keỏ vaứ thi coõng moựng coùc bareựt 64

4.2.3Sửực chũu taỷi cuỷa coùc baret 65

4.2.4Thieỏt keỏ coùc baret 67

4.2.5Thieỏt keỏ ủaứi coùc 68

4.2.6Thi coõng coùc baret 70

4.3TƯỜNG TRONG ĐẤT (TệễỉNG Cệỉ - TƯỜNG CỌC BẢN) 71

4.3.1ẹaởc ủieồm, phaùm vi aựp duùng 71

4.3.2Các loại tờng trong đất 71

4.3.3Thiết kế tờng trong đất 75

4.4THIEÁT KEÁ MOÙNG COẽC TRAỉM 78

4.4.1Vaọt lieọu coùc traứm 78

4.4.2ẹaởc ủieồm, phaùm vi aựp duùng 79

4.4.3Thieỏt keỏ moựng coùc traứm 80

CHệễNG 5 84

COÂNG TAÙC KHAÛO SAÙT TRONG XAÂY DệẽNG 84

5.1MUẽC ẹÍCH, NOÄI DUNG CUÛA COÂNG TAÙC KHAÛO SAÙT ẹềA CHAÁT 84

5.1.1Muùc ủớch 84

5.1.2Noọi dung chớnh cuỷa coõng taực khaỷo saựt ủũa chaỏt 84

5.1.3Yeõu caàu kyừ thuaọt (do ngửụứi chuỷ trỡ keỏt caỏu laọp) 84

5.2KHAÛO SAÙT CHO THIEÁT KEÁ VAỉ THI COÂNG MOÙNG COẽC 85

5.2.1Phửụng aựn kyừ thuaọt khaỷo saựt 85

5.2.2Noọi dung khaỷo saựt 85

5.2.3Khoỏi lửụùng coõng taực khaỷo saựt 85

5.3KHAÛO SAÙT CHO THIEÁT KEÁ NHAỉ CAO TAÀNG 87

5.3.1Thí nghiệm hiện trường 87

5.3.2Thí nghiệm trong phòng 87

5.4XỬ LÝ SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ THÍ NGHIỆM 88

5.4.1Nguyên tắc chung 88

5.4.2Xác định trị tiêu chuẩn và trị tính toán của đất 88

5.4.3Yêu cầu về số lượng thí nghiệm các đặc trưng của đất 91

Tài liệu tham khảo

1 Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm

Xuân, Nguyễn Hải; Những phương pháp xây dựng công trình

trên nền đất yếu NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1973.

2 Nguyễn Văn Quảng; Nền móng nhà cao tầng NXB Khoa học và

kỹ thuật, Hà Nội, 2003

3 TCXDVN 385 : 2006, Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng.

4 TCXD 45 : 1978, Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.

5 TCXD 205 : 1998, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.

6 TCXDVN 326 : 2004, Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và

nghiệm thu.

7 TCVN 4419-1987, Khảo sát cho xây dựng.

Chương 1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU

Về đất yếu hiện nay có hai quan điểm dựa vào định tính và định lượng:

1.1.2 Về định lượng.

Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0,5 – 1,0 kG/cm2), dễ

bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể

Khái niệm này được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học

+ Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi :

+ Dựa vào các chỉ tiêu cơ học :

- Lực dính (đối với đất dính): c ≤ 0,1 kG/cm2

Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp những loại đất yếu sau

đây : đất sét yếu; đất cát yếu; bùn; than bùn và đất than bùn và đất đắp.

1.2.1 Đất sét yếu.

1.2.1.1Hạt sét và các khoáng vật sét.

Trong đất sét gồm có 2 thành phần :

- Phần phân tán thô (gọi là những hạt sét) có kích thước > 0,002mm Chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục địa như thạch anh, fenspat,…

- Phần phân tán mịn (gọi là khoáng chất sét) bao gồm những hạt có kích thước rất bé (2 – 0,1µm) và keo (0,1 – 0,001µm) Những khoáng chất này quyết định tính chất cơ lý của đất sét Các khoáng chất sét thường gặp nhất là3 nhóm điển hình : kaolinit(1), mônmôrilônit(2) và ilit :

+ Kaolinit :

Công thức hóa học là Al2O3.2SiO2.2H2O; được tạo thành do phong hóa đá phun trào, đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axit (pH = 5-6) Đặc điểm của mạng tinh thể kaolinit là tương đối bền, ổn định và trương nở ít

( 1) Tên lấy theo tên của dãy núi cao ở Trung Quốc là Kaulinh.

+ Mônmôrilônit :

Công thức hóa học là (OH)4Si8Al4O20.nH2O; được thành tạo do phong hoá đá macma giàu Mg và các biến đổi thứ sinh khác) được tạo thành do phong hóa đá phun trào kiềm trong điều kiện môi trường kiềm (pH = 7-8,5)

Montmorilonit có mạng tinh thể kém bền vững và dễ sảy ra hiện tượng trương nở dưới dáy móng khi có mặt loại sét này Loại này thường dễ gặp ở vùng ven biển

+ Ilit :

Đại biểu của nhóm ilit là hyđrômica (K,Al2[Al,Si3O10](OH)2) được tạo thành từ nhiều điều kiện khác nhau nhưng chủ yếu là trong môi trường kiềm Loại này không có khả năng trương nở hoặc trương nở rất ít

1.2.1.2Liên kết cấu trúc và sức chống cắt của đất sét.

Trong tự nhiên, đất loại sét luôn tồn tại 3 dạng liên kết cấu trúc, đó là : dạng chảy, dạng dẻo và dạng cứng (hình 1.1) Người ta chia thành hai loại :

- Liên kết mềm : lực liên kết chủ yếu là lực liên kết phân tử, từ tính Liên kết này mềm dẻo và có thể hồi phục sau khi bị phá hoại (liên kết thuận nghịch)

- Liên kết cứng : lực liên kết chủ yếu là liên kết ion, đồng hóa trị Liên kết này cứng, giòn, không hồi phục được khi bị phá hoại bằng cơ học (liên kết thuận nghịch)

Về lực dính của đất sét, một số nhà khoa học đã kiến nghị chia lực dính tổng cộng thành hai thành phần : lực dính mềm và lực dính cứng (lực dính cấu trúc)(3) :

LK DẠNG CHẢY LK DẠNG DẺO

NƯỚC TỰ DO

LK DẠNG CỨNG

( 3) Maxlôp là người đề xuất việc chia lực dính làm 2 thành phần vào năm 1933 – 1935, được viết thành sách vào năm 1941 Tiếp theo Ivanôp cũng đề xuất vào năm 1936 Denhixôp đề xuất vào

Hình 1.1 : Các dạng liên kết trong đất dính

Phương pháp phân tích ∑W, cc :

a Cắt mẫu nguyên dạng và mẫu chế bị ở cùng độ ẩm – độ chặt :

Xây dựng được biểu đồ theo hình 1.2, và :

Trong đó :

cnd : lực dính theo kết quá cắt mẫu nguyên dạng

ccb : lực dính theo kết quá cắt mẫu chế bị

Theo Maxlôp thì lực dính cứng chỉ tồn tại ở đất nguyên dạng cứng

Hình 1.2 : Kết quả cắt mẫu xác định lực dính cứng c c

b Phương pháp cắt theo bản phẳng :

Cắt mẫu cứng nguyên dạng, sau đó ép lại, để mẫu hồi phục và cắt lần thứ 2 (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 2 theo chiều ngược lại

- Có thể cắt tiếp lần 3,4 theo chiều ngược lại cho đến khi biểu đồ ổn định

d Phương pháp cắt theo độ ẩm :

Với cùng 1 loại đất, lấy nhiều mẫu thí nghiệm với độ ẩm khác nhau.Trong 4 phương pháp trên, thường chọn PP thứ 2 vì thí nghiệm đơn giản, trên cùng 1 mẫu và cho kết quả khá chính xác

Từ những kết quả này, các tác giả kiến nghị rằng với những công trình có quy mô nhỏ, tạm thời, thành phần lực dính có thể lấy toàn bộ (cW), nhưng đối với công trình vĩnh cửu, có quy mô lớn thì chỉ nên lấy thành phần lực dính cứng cc mà thôi

Bảng 1.1 : Cơ cấu thành phần của lực dính đất loại sét.

Cấu trúc của đất Độ sệt B Mức độ thể hiện của các thành phần lực dính

1.2.1.3Các đặc điểm khác của đất sét yếu.

Hiện tượng hấp thụ :

Hiện tượng hấp thụ là khả năng hút nước từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau : cứng, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt keo Sự hấp thụ của đất sét có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình sảy ra đồng thời

Tính dẻo :

Tính dẻo là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét Tính chất này biểu thị sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực và chứng tỏ rằng về mức độ biến dạng đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thế cứng và thể lỏng hoặc chảy nhớt Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố : mức độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất, thành phần và độ khoáng hoá của dung dịch nước làm bão hòa đất

Gradien ban đầu :

Đất sét có đặc tính thẩm thấu khác thường : chỉ cho nước thấm qua khi gradien cột nước vượt quá một trị số nhất định nào đó Trị số đó gọi là gradien ban đầu Gradien ban đầu là độ chênh lệch tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó tốc độ thấm giảm xuống nhiều, rất bé và có thể coi như không thấm nước

Đặc điểm biến dạng :

Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của chúng quyết định Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau đây :

- Biến dạng khôi phục, gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ.

- Biến dạng dư, chỉ gồm biến dạng cấu trúc

Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến dạng các màng hấp phụ của nước liên kết gây nên Các loại biến dạng chủ yếu của đất sét yếu là biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ

Tính chất lưu biến :

Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt Chúng có tính dão (từ biến)(1)

và có khả năng thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài Khả năng này gọi là tính chất lưu biến

Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự do khi nén chặt Do vậy hiện tượng này liên quan với sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết quả chuyển dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự định hướng của các hạt và các khối đó với phương tác dụng của tải trọng

1.2.2 Đất cát yếu.

Cát được hình thành tạo ở biển hoặc vũng, vịnh Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất Cát gồm những hạt có kích thước 0,05 – 2mm

Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy

Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất lớn Khi cát gồm những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này đôi khi rất nguy hiểm cho công trình và cho công tác thi công

Cần lưu ý 2 hiện tượng nguy hiểm đối với cát yếu :

- Biến loãng

- Cát chảy

1.2.3 Bùn, than bùn và đất than bùn.

Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hoá học ở đáy biển, đáy

hồ, bãi lầy… Bùn chỉ liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực.

Theo thành phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống

Độ bền của bùn rất bé, vì vậy việc phân tích sức chống cắt (SCC) thành lực ma sát và lực dính là không hợp lý SCC của bùn phụ thuộc vào tốc độ phát triển biến dạng Góc ma sát có thể xấp xỉ bằng không Chỉ khi bùn mất nước, mới có thể cho góc ma sát

Việc xây dựng các công trình trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi đã tiến hành các biện pháp xử lý nền

Than bùn là đất có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy Đất loại này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát(2

Trong điều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao 85 – 95% hoặc cao hơn tùy theo thành phần khoáng vật, mức độ phân hủy, mức độ thoát nước…

Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất Hệ số nén lún có thể đạt từ 3-8, thậm chí 10 kG/cm2 Không thể thí nghiệm nén than bùn với mẫu có chiều cao thông thường là 15-20cm, mà phải từ 40-50cm

Khi xây dựng ở những vùng đất than bùn, cần áp dụng các biện pháp : làm đai cốt thép, khe lún, cắt nhà thành từng đoạn cứng riêng rẽ, làm nền cọc, đào hoặc thay một phần than bùn

1.2.4 Đất đắp.

Loại đất này được tạo nên do tác động của con người Đặc điểm của đất đắp là phân bố đứt đoạn và có thành phần không thuần nhất

Theo thành phần có thể chia thành 4 loại sau :

- Đất gồm hỗn hợp các chất thải của sản xuất công nghiệp và xây dựng

- Đất hỗn hợp các chất thải của sản xuất và rác thải sinh hoạt

- Đất của các nền đắp trên cạn và khu đắp dưới nước (để tạo bãi)

- Đất thải bên trong và bên ngoài các mỏ khoáng sản

( 2) Theo QP của Liên Xô cũ : than bùn chứa trên 60% di tích thực vật, còn đất than bùn chứa 10 -

Nhìn chung, các loại đất đắp hầu hết đều phải có biện pháp xử lý trước khi xây dựng.

1.3.1 Giải pháp kết cấu.

Bao gồm các biện pháp sau :

- Chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún, làm giằng BTCT; dự trữ độ cao bằng độ lún dự kiến của công trình

- Lựa chọn độ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớp cách nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo các khe hở trong đất

- Quy định và chấp hành nghiêm ngặt về quy trình đào đắp đất

1.3.2 Các biện pháp xử lý nền.

Mục đích : cải thiện thành phần, trạng thái của đất, từ đó làm cho các tính chất cơ học, vật lý của đất nền đáp ứng được yêu cầu trong xây dựng Để làm tăng độ bền và làm giảm độ nén lún của đất, có thể chọn những giải pháp làm giảm độ rỗng hoặc tăng lực dính Trong một số trường hợp khác, mục đích của gia cố là làm cho đất đá từ chỗ thấm nước trở thành cách nước

1.3.3 Các giải pháp về móng.

Lựa chọn các giải pháp về móng cho phù hợp như : móng đơn, móng băng (1 hoặc 2 phương), móng bè, móng cọc, … tùy theo tải trọng tác dụng và đặc điểm của công trình, từng loại đất cụ thể

Chương 2 BIỆN PHÁP KẾT CẤU KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN

NỀN ĐẤT YẾU

Khi thiết kế các công trình trên nền đất yếu, cần phải nắm được các hình thức kết cấu chịu lực phần trên công trình cũng như tính nhạy của nó đối với độ lún của nền đất Độ nhạy lún của công trình chủ yếu phụ thuộc vào độ

cứng Tùy theo độ cứng có thể phân chia kết cấu thành ba loại như sau :

2.1.1 Loại kết cấu tuyệt đối cứng.

Như ống khói, tháp nước, kết cấu khung nhiều tầng trên bản móng liên tục, mố cầu… Loại kết cấu này có độ cứng không gian rất lớn do vậy công trình không bị uốn, chỉ có khả năng lún đều hoặc nghiêng

Đối với kết cấu này, tính nhạy lún kém, không yêu cầu những biện pháp xử lý về phương diện kết cấu Trong trường hợp này, chỉ cần giảm bớt độ nghiêng nếu có của công trình

2.1.2 Loại kết cấu mềm.

Các loại kết cấu này như bản đáy móng của các bể chứa, cống, âu thuyền và những cấu kiện độc lập khớp như cột trên móng đơn liên kết tự do với dàn hoặc dầm ngang…

Các công trình thuộc loại này có thể bị uốn cong cùng cấp với khả năng biến dạng của đất nền, do đó không gây nên những nội lực phụ trong kết cấu và không ảnh hưởng đến việc sử dụng công trình Đặc điểm của loại kết cấu này là có tính nhạy lún kém khi nền đất biến dạng không đều

2.1.3 Sơ đồ kết cấu có độ cứng giới hạn.

Đó là các khung siêu tĩnh trên các móng đơn, dầm liên nhiều nhịp, vòm không khớp… Các công trình thuộc loại này thường hay gặp trong thực tế

Khi nền đất có biến dạng không đều, đồng thời dưới đế móng có sự phân bố lại ứng suất tiếp xúc thì trong kết cấu móng và kết cấu chịu lực sẽ xuất hiện nội lực phụ cục bộ Nếu kết cấu không có khả năng tiếp thu nội lực phụ thì ở các tiết diện yếu sẽ có vết nứt Ơû những tiết diện này, độ cứng của kết cấu giảm đáng kể Đặc điểm của loại kết cấu này là có tính nhạy lún lớn

do đó cần có những biện pháp xử lý thích hợp

Dưới đây là những biện pháp làm giảm độ lún không đều của đất nền thường được áp dụng trong thực tế :

Cắt công trình bằng khe lún : sẽ được trình bày trong phần II dưới đây.Thay đổi kích thước, dộ sâu chôn móng : Sử dụng khi nền đất có chiều dày các lớp khác nhau, không đồng nhất Biện pháp này nhằm mục đích làm cho chiều dày vùng chịu nén của lớp đất dưới đế móng như nhau Có thể

thiết kế đáy móng có chiều rộng thay đổi làm cho biểu đồ phân bố ứng suất dưới đáy móng có giá trị khác nhau tại các điểm dưới đế móng

Sử dụng các loại móng hợp lý : Dùng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè, móng cọc… tùy theo tình hình thực tế của công trình Nếu chiều dày lớp đất yếu không lớn lắm có thể dùng lớp đệm cát hoặc đệm các vật liệu khác để thay thế Khi chiều dày lớp đất yếu là lớn, để giảm bớt độ lún và khả năng lún không đều, có thể xử lý bằng móng cọc hay các phương pháp gia cố nhân tạo như cọc cát, giếng cát…

Hình 2.1 đến 2.3 giới thiệu một số biện pháp thường dùng hiện nay : cấu tạo móng có chiều sâu khác nhau (2.1); đế móng có chiều rộng thay đổi (2.2) và sử dụng những loại móng khác nhau (2.3)

Hình 2.1 Cấu tạo của móng với những chiều sâu khác nhau.

LỚP ĐẤT YẾU

LỚP ĐẤT TỐT

Hình 2.2 Cấu tạo của móng với những chiều rộng khác nhau.

LỚP ĐẤT YẾU LỚP ĐẤT TỐT

Hình 2.3 Dùng móng cọc ở những đoạn lớp đất yếu có chiều dày lớn.

2.2 BỐ TRÍ KHE LÚN.

Bố trí khe lún là một trong những biện pháp rất có hiệu quả khi xây dựng những công trình có tải trọng khác nhau trên nền đất có tính nén lớn và tính nén không đều

Khe lún phải được bố trí sao cho bảo đảm cho những bộ phận của công trình có khả năng làm việc độc lập, có đủ cường độ và độ cứng khi chịu lực, không gây ra những vết nứt khi nền đất có biến dạng lớn và biến dạng không đều

Vị trí đặt khe lún căn cứ vào sự phân bố các lớp đất dưới đế móng và hình thức kết cấu của công trình

Hình 2.4 dưới đây giới thiệu môt số cách bố trí khe lún cho công trình khi gặp nền đất yếu hoặc công trình có chiều dài lớn

LỚP ĐẤT TỐT

LỚP ĐẤT YẾU

Hình 2.4 Bố trí khe lún.

Chiều rộng khe lún tùy thuộc vào tính chất biến dạng của công trình và sự phân bố lớp đất yếu dưới đế móng

Chiều rộng tối thiểu của khe lún có thể tính theo công thức sau đây :

δ = k.h(tgθp - tgθtr) (2.1)

Trong đó :

h : khoảng cách từ đế móng đến độ cao mà ở đó xác định khe hở

tgθp : độ nghiêng cúa móng công trình phần bên phải

tgθtr : độ nghiêng cúa móng công trình phần bên trái Nếu các phần công trình nghiêng vào nhau thì tgθtr lấy trị âm

k : hệ số kể đến tính không đồng nhất của đất nền, k = 1,3 – 1,5.Tuy nhiên, khoảng cách của khe lún thường được lựa chọn trong khoảng từ 2-3cm

Trong nhiều trường hợp, khe lún được kết hợp với khe co dãn Tuy vậy, khe lún cũng gây nhiều khó khăn phức tạp trong xây dựng và sử dụng, tốn kém thêm tường, móng ngang, vì vậy chỉ làm khe lún khi thật cần thiết :

- Khi đất nền có tính nén lún lớn

- Khi công trình có hình dạng phức tạp, tải trọng, chiều cao tầng chênh lệch

- Khi công trình quá dài và có khả năng sảy ra lún không đều (thông thường khi công trình có chiều dài trên 60m)

- Tác dụng :

• Tiếp thu nội lực kéo xuất hiện khi lún không đều

• Làm tăng thêm cường độ và độ cứng không gian của kết cấu

- Thiết kế giằng móng và giằng tường bao gồm các công việc :

• Xác định vị trí của các giằng trong tường và móng

• Tính toán lượng cốt thép cần thiết trong giằng

- Vị trí của các giằng phụ thuộc vào tính chất biến dạng của công trình (công trình có thể bị vồng lên hoặc võng xuống :

• Bố trí ở phía trên hoặc phía dưới của tường

• Giằng tường có thể bố trí ở cao trình ngăn giữa các tầng nhà, lanh tô cửa sổ…

- Để đảm bảo độ cứng không gian, giằng nên được bố trí liên tục trên suốt các tường hoặc phần móng bên dưới để tạo thành khung kín không gian

Kích thước và số lượng giằng có thể xác định dựa vào tính chất không đồng đều của nền đất và đặc tính làm việc của kết cấu công trình :

- Khi cốt thép bố trí 1 hàng, chiều dày giằng không nhỏ hơn 75mm

- Khi cốt thép bố trí 2 hàng, chiều dày giằng không nhỏ hơn 150mm.Khi giằng trong tường gạch cốt thép đường kính 6-8mm, cách khoảng 3-6 hàng gạch bố trí 1 lớp Chiều dày mạch thường từ 3-4cm Mác vữa không nhỏ hơn 75.

Nếu dùng các giằng đúc sẵn thì các mối nối phải có mác bê tông ≥

mác của giằng Để tính toán cốt thép cho giằng có thể sử dụng 1 trong 2 phương pháp sau :

2.3.1 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp đơn giản.

2.3.1.1Cơ sở tính toán.

Giả thiết cơ bản của PP này là tường dọc của nhà được xem như 1 dầm đặt trên nền đất có độ cứng thay đổi Tính nén không đều của nền đất được đặc trưng bằng sự thay đổi trị số modun biến dạng E0 của đất tại các điểm dọc theo chiều dài của nhà

2.3.1.2Nội lực trong giằng.

- Moment uốn lớn nhất :

- Lực cắt lớn nhất :

( 2)2

, 5

1

1 max

1 = EE

E0max : modun biến dạng lớn nhất của nền đất ở dướùi hai đầu tường nhà

E0min : modun biến dạng nhỏ nhất của nền đất ở dướùi hai đầu tường nhà

q : tải trọng của tường nhà hoặc công trình được xem là phân bố đều

L : chiều dài của tường nhà hoặc công trình

- Độ võng tuyệt đối lớn nhất :

qL Y

25760

133

1

4 max

J : moment quán tính tiết diện tường xét đến sự giảm yếu do các lỗ cửa.

12H

b

btđ : chiều dày tương đương của tường, btđ = 0,6b (2.8)

b : chiều dày thực của tường

2.3.1.3Tính toán cốt thép giằng.

Mmax :moment uốn lớn nhất tính theo công thức 2.2

Rct :giới hạn chảy của cốt thép

H0 : chiều cao tính toán của tường nhà; H0 = (0,8 - 0,9)H

Ưùng suất tiếp trong khối tường xây do lực cắt gây nên :

n

maxF

Bảng 2.1 : Trị số độ võng tương đối giới hạn

2.3.2 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp của B.I Đalmatov.

Theo B.I Đalmatov, dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều q của tường, biểu đồ ứng suất tiếp xúc p dưới đế móng theo hướng dọc sẽ có một trong những dạng như hình 2.5a,b

Trị ứng suất tiếp xúc p dưới đế móng và diện tích cốt thép cần thiết Fct

trong trường hợp 2.5a có thể tính như sau :







 α +α

=

167

L

Eby2,1.160P

2

k t max

(2.12);

ct ct k

ct

R m m L

E b y

2,1.82

max

α

Trong đó :

1,2:hệ số vượt tải

ymax : độ võng lớn nhất

) (

n : hệ số, phụ thuộc vào thời gian cứng của vữa, tốc độ xây dựng và tốc độ tăng độ lún theo thời gian, có thể lấy bằng 0,25 – 0,75, đối với khối xây gạch bằng vữa hỗn hợp, lấy n = 0,50 – 0,75, với nhà panen lớn dùng vữa xi măng, lấy n = 0,25 – 0.50

∆S : độ không đồng đều tương đối của biến dạng nền

L5,0

SS

Smac, Smin : độ chênh của biến dạng nền, xác định theo tính toán độ lún; đối với tường dài 60 – 100m, lấy sơ bộ bằng 0,4 – 0,5 trị số độ lún trung bình

L : chiều dài của tường

Φ( α ) : hàm số phụ thuộc vào α lấy theo bảng 2.2

Bảng 2.2 : Trị số của hàm số Φ ( α )

HL

=

bt : chiều dày tương đương của tường có xét đến sự giảm yếu do cửa số

Ek : modun biến dạng lâu dài của khối xây

i

k E11

E : modun đàn hồi của khối xây

ϕt : đặc trưng từ biến, xác định bằng thực nghiệm hoặc có thể lấy gần đúng bằng cách căn cứ vào kết cấu của tường, theo bảng 2.3

HL

=

Bảng 2.3 : Trị số gần đúng của đặc trưng từ biến ϕ t

Tường panen lớn Tường khối lớn Tường gạch, đá vụn

2-3 3-4 4-5

H : chiều cao của tường nhà xác định như sau :

- Nếu tường có khả năng bị uốn cong lên theo chiều dọc thì lấy H từ đáy móng đến giằng trên cùng

- Nếu tường có bị uốn cong xuống thì lấy H từ mái hắt đến giằng dưới cùng

mk và mct : hệ số điều kiện làm việc của khối xây tường và của cốt thép

Rct : giới hạn chảy của cốt thép

Khi có nhiều giằng bố trí trên chiều cao của tường, nếu giả thiết diện tích tiết diện cốt thép trong mỗi giằng đều như nhau thì tính như sau :

ct ctn 2

ct 1 ct

a H 1

a H F F

Các loại giằng tường và giằng móng trong thực tế thường được thiết kế theo sơ đồ trong hình 2.6 và 2.7 dưới đây.

Hình 2.6 Bố trí cốt thép trong giằng tường : a,b,c)

Giằng BTCT, d) giằng cốt thép

1

2

Hình 2.7 Bố trí cốt thép trong giằng móng : 1)

giằng BTCT; 2) giằng cốt thép

Sau khi tính toán diện tích cốt thép cần kiểm tra lại điều kiện :

Trong đó :

p : ứng suất tiếp xúc dướùi đế móng, xác định theo công thức 2.12

b : chiều rộng đế móng

σo : ứng suất trung bình dướùi đế móng do tải trọng tính toán

γh : ứng suất do trọng lượng bản thân của đất ở cao trình đế móng

Ưùng suất tiếp trong khối xây cần được thỏøa mãn điều kiện sau đây :

kk

tđ R b

p α ≤

=

Trong đó :

btđ : chiều dày tương đương của tường có xét đến sự giảm yếu do cửa

Rkk : sức kháng tính toán củakhối xây khi chịu nén

2.4 CẤU TẠO GỐI TỰA CỨNG.

Với các công trình cao tầng xây dựng trên những vùng đất có biến dạng lún lớn và biến dạng không đều thì ngoài việc thiết kế các giằng tường, giằng móng như trên, trong nhiều trường hợp, để làm tăng độ cứng không gian, người ta còn bố trí các gối tựa cứng bằng bê tông cốt thép

Ơû nhiều nước, người ta đã thiết kế những gối tựa cứng giống như những móng hộp lớn bao gồm bản đáy, bản trên và các vách ngăn liên kết cứng với các tường ngăn và tường biên Ngoài ra còn kết hợp với việc bố trí thêm các loại cốt thép xiên, cốt thép dọc có sức chịu kéo cao trong các tường vách ngăn, bản đáy, bản trên của móng Bố trí thêm các cốt thép phụ ở các lỗ cửa sổ, cửa đi…

Biện pháp cấu tạo gối tựa cứng dưới nhà và công trình là một phương hướng tiến bộ để xử lý đối với nền đất yếu và đã được áp dụng ở nhiều nước Đây là biện pháp có hiệu quả đối với nhà và công trình cao tầng.

2.5.1 Chọn loại móng.

Đối với nền đất yếu, việc chọn loại móng có ý nghĩa quan trọng cả về kỹ thuật và kinh tế Chọn loại móng căn cứ vào những đặc điểm sau đây :

- Hình thức kết cấu của công trình, tính chất truyền tải trọng

- Sơ đồ bố trí các công trình ngầm (tầng hầm, ống dẫn…)

- Tình hình địa chất khu vực xây dựng

- Điều kiện XD móng (phương tiện thi công, thời gian XD…)

2.5.2 Chọn chiều sâu chôn móng.

Việc lựa chọn độ sâu chôn móng phụ thuộc vào các yếu tố sau đây :

2.5.2.1Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng.

Điều kiện địa chất và địa chất thủy văn khu vực xây dựng công trình là yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất đến việc lựa chọn độ sâu chôn móng; trong đó vị trí của lớp đất chịu lực là điều kiện quan trọng nhất Tùy thuộc 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 trị số ứng suất tác dụng lên nền và hạn chế khả năng chống trượt khi chịu lực ngang Vì vậy, trong mọi trường hợp nên cố gắng đặt móng ở bên trên mực nước ngầm

2.5.2.2 Aûnh hưởng của trị số và tính chất truyền tải trọng của công trình.

Khi công trình chịu 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 chịu tải trọng ngang và moment uốn lớn, móng cũng phải có chiều sâu đủ lớn để đảm bảo ổn định về trượt và lật

2.5.2.3Aûnh 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 vị 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

2.5.2.4Aûnh 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

Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ, CẢI TẠO ĐẤT NỀN

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 lớp đất cần thay thế không lớn lắm (nhỏ hơn 3m) Người ta bóc bỏ các lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cát có khả năng chịu lực lớn hơn

Đệm cát có các tác dụng sau đây :

- Lớp đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực tiếp thu tải trọng công trình truyền xuống lớp đất thiên nhiên Làm tăng sức chịu 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 chịu 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 :

- 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 định

Kích thước đệm cát được xác định bằng tính toán nhằm thoả mãn 2 điều kiện : ổn định 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 định từ điều kiện :

σ2 = Ko(σotc - γhM) (3.2)

Trong đó :

Ko : hệ số phụ thuộc vào m = 2z/b và n = l/b, được tra bảng

σotc : ứng suất tiêu chuẩn trung bình dưới đáy móng xác định như sau :

Trường hợp móng chịu tải trọng đúng tâm :

σotc =

F

N h

tc o M

N

tc o M

tb

tc min max,

M

∑

∑

± +

∑ M tc : 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;

γtb : dung trọng trung bình của móng và đất đắp lên móng

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 định theo công thức :

Rđy =

tc

2 1 K

m m

(AbyγII + BHyγ’II + DcII - γ’IIho) (3.6)

Trong đó :

A,B,D : tra bảng phụ thuốc vào ϕII;

by : bề rộng móng quy ước, xác định như sau :

+ Đối với móng băng :

∑N0tc

σotc=γhM

Rđy

σ1 σ2

by =

.l σ

N 2

tc o

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 định hệ số K.

R2 : cường độ tính toán của lớp đất yếu nằm dưới đệm cát, thường được xác định bằng bàn nén tại hiện trường hoặc tính toán theo CII; ϕII

Chiều rộng đệm cát xác định như sau :

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 định theo công thức sau đây :

s

n tn

0,7.e.

Trong đó :

e : hệ số rỗng của cát trước khi đầm nén;

γn : trọng lượng riêng của nước = 10 KN/m3;

γs : 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 tĩnh hoặc xuyên động

3.1.4 Trình tự thiết kế móng sử dụng đệm cát.

3.1.4.1Chọn độ sâu chôn móng.

Căn cứ vào điều kiện địa 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)

3.1.4.2Xác định kích thước đáy móng và kiểm tra điều kiện áp lực.

Gồm các bước sau :

- Xác định cường độ tính toán quy ước của cát làm đệm (theo công thức quy đổi của quy phạm)

- Xác định diện tích đế móng và xác định kích thước móng

- Xác định 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 chịu

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 enc > 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 chịu tải tăng lên, độ lún và biến dạng không đều của đất nền dưới đế móng giảm đi 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 định

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 bị ăn mòn, xâm thực Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi những thiết bị thi công phức tạp

3.2.2 Tính toán và thiết kế cọc cát.

3.2.2.1Hệ số rỗng của nền được gia cố bằng cọc cát.

Từ điều kiện :

min max

max

e e

emax : hệ số rỗng của cát ở trạng thái xốp nhất

emin : hệ số rỗng của cát ở trạng thái chặt nhất

ID : độ chặt tương đối = 0,7-0,8

3.2.2.2 Diện tích nén chặt.

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 Fc đối với diện tích đất nền được nén chặt Fnc được xác định như sau :

0

nc 0 nc

0

e 1

e e Ω F

Hình 4.1 Bố trí cọc cát để nén chặt nền Hình 4.2 Sơ đồ để xác định khoảng cách giữa

tim các cọc cát

3.2.2.4 Bố trí cọc cát.

Cọc cát thường được bố trí theo hình tam giác, đó là sơ đồ có lợi nhất để làm chặt đất ở khoảng giữa các cọc cát Khoảng cách giữa các cọc là :

0 nc

nc 0,95d

L

γ γ

W : độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên

γs : trọng lượng riêng của đất ở trạng thái tự nhiên

d : đường kính cọc cát

enc : hệ số rỗng của nền sau khi gia cố bằng cọc cát

3.2.3 Thi coõng coùc caựt.

Coùc caựt ủửụùc thi coõng baống maựy chuyeõn duứng Sửỷ duùng oỏng theựp taùo loó vaứ nhoài caựt vaứo trong oỏng Caàn lửu yự khi ủaứo hoỏ moựng khoõng ủaứo saõu ủeỏn cao trỡnh thieỏt keỏ maứ ủeồ laùi khoaỷng 1m, sau naứy khi thi coõng moựng mụựi ủaứo tieỏp

vỡ caựt ụỷ ủoaùn ủaàu treõn cuỷa coùc thửụứng khoõng chaởt Oỏng theựp ủửụùc haù xuoỏng baống chaỏn ủoọng ủeỏn ủoọ saõu caàn thieỏt, nhoài caựt vaứ ruựt oỏng leõn tửứ tửứ

Sau khi thi coõng caàn kieồm tra laùi baống caực phửụng phaựp sau ủaõy :

- Khoan laỏy maóu ủaỏt ụỷ giửừa caực coùc caựt ủeồ xaực ủũnh troùng lửụùng rieõng cuỷa ủaỏt ủửụùc neựn chaởt γnc, heọ soỏ roóng neựn chaởt enc vaứ c, ϕ sau khi neựn chaởt Tửứ ủoự tớnh ra cửụứng ủoọ cuỷa ủaỏt neàn sau khi neựn chaởt

- Duứng xuyeõn tieõu chuaồn ủeồ kieồm tra ủoọ chaởt cuỷa caựt trong coùc vaứ ủaỏt giửừa caực coùc caựt

- Thửỷ baứn neựn túnh taùi hieọn trửụứng, treõn maởt neàn coùc caựt Dieọn tớch baứn neựn phaỷi lụựn ủeồ truứm qua ủửụùc ớt nhaỏt 3 coùc caựt

Thoõng thửụứng, neỏu coùc caựt ủửụùc thi coõng toỏt, sửực chũu taỷi cuỷa ủaỏt neàn coự theồ taờng leõn gaỏp 2-3 laàn so vụựi ban ủaàu

3.3.1 Phaùm vi aựp duùng.

Phơng pháp này mới đợc giới thiệu vào nớc ta nhng điều kiện sử dụng rộng rãi còn hạn chế Đây là biện pháp có ý nghĩa kinh tế cao, nên đợc thí điểm nhiều nhà hơn nữa để có kết quả nhân rộng diện sử dụng

Loại gia cố nền theo công nghệ này có thể làm móng cho nhà có độ cao tới

12 tầng

3.3.2 Moõ taỷ veà coõng ngheọ.

Dùng máy đào kiểu gàu xoay, bỏ gàu và lắp lỡi khuấy đất kiểu lỡi chém ngang để làm tơi đất trong hố khoan mà không lấy đất khỏi lỗ khoan Xoay và ấn cần xoay đến độ sâu đáy trụ Ta đợc một trụ mà bên trong đất đợc khuấy đều Khi mũi khuấy ở đáy trụ thì bắt đầu bơm sữa xi măng đợc dẫn trong lòng cần khoan

đến mũi khoan Đất lại đợc trộn với sữa xi măng thành dạng xền xệt có xi măng Vừa rút vừa bơm sữa xi măng và trộn Cuối cùng khi cần khoan nâng mũi lên đến mặt đất, ta đợc cọc đất trộn xi măng Xi măng sẽ phát triển cờng độ nh tính toán

Những trụ đất xi măng trộn ớt thờng bố trí sát nhau dới chân móng băng, ờng kính trụ nọ sát trụ kia Lợng xi măng dùng cho 1m3 trụ từ 250kg đến 350 kg

đ-Tỷ lệ Nớc/Ximăng là 60% đến 120% với sữa xi măng bơm xuống cọc Sau 28 ngày, khoan lấy mẫu trong các trụ này cờng độ đạt 17 kG/cm2 với lợng xi măng là

250 kg/m3 và hơn nữa tuỳ thuộc loại đất tại chỗ

Phơng pháp này đã đợc các nớc Hoa kỳ, Anh, Pháp, Đức và nhiều nớc châu

Âu khác sử dụng Nớc Nhật cũng xây dựng nhiều nhà với loại trụ này Với trụ này

có thể xây dựng nhà từ 8 tầng đến 10 tầng

Nhật bản giới thiệu với thị trờng nớc ta loại máy làm trụ loại này là TENOCOLUMN

Các chỉ tiêu khi sử dụng máy TENOCOLUMN nh sau:

Quy trỡnh taùo truù ủaỏt troọn vụựi voõi hoaởc xi maờng

3.3.3 Caực giaỷi phaựp thieỏt keỏ.

3.3.3.1 Nguyeõn lyự thieỏt keỏ.

Đất xử lý trộn sâu đợc thiết kế sao cho công trình xây dựng đạt các yêu cầu

về tính khả thi, kinh tế và lâu dài, chịu đợc các tác động và ảnh hởng trong quá

Troọn ủeàu ủaỏt vaứ vaọt lieọu troọn Troọn ủeàu vaứ ủaàm chaởt

trình thi công và sử dụng, tức là thỏa mãn các điều kiện về trạng thái giới hạn cực

hạn, và trạng thái giới hạn sử dụng

Thiết kế thờng theo phơng pháp lặp, trong đó kết quả của nhiều phơng pháp

thí nghiệm kiểm tra là một phần quan trọng

Thiết kế sơ bộ dựa trên kết quả thí nghiệm mẫu trộn trong phòng Tơng

quan cờng độ nén không hạn chế nở hông giữa mẫu thân trụ hiện trờng và mẫu

trộn trong phòng có thể chọn theo kinh nghiệm từ 0.2 đến 0.5 tùy theo loại đất và

tỷ lệ trộn Nếu kết quả thí nghiệm hiện trờng không đáp ứng yêu cầu thì phải điều

chỉnh thiết kế công nghệ và khi cần thiết điều chỉnh cả thiết kế chức năng

Quy trình thiết kế lặp, gồm thí nghiệm trong phòng, thiết kế chức năng, thử hiện trờng

và thiết kế công nghệ

Xác lập các điều kiện thiết kế

Thí nghiệm trong phòng với đất đại diện và theo tỷ

lệ trộn khác nhau

Xác lập cường độ thiết kế

Cơ sở dữ liệu về tương quan giữa cường độ trong phòng và hiện trường

Đề xuất giải pháp thi công và sơ bộ xác định kích thước khối gia cố

Phân tích thiết kế để đáp ứng các yêu cầu chức năng tổng thể

Thiết kế kỹ thuật thi công, thi công

đại trà theo quy trình đã đảm bảo chất lượng yêu cầu

3.3.3.2Quy trỡnh thieỏt keỏ, thi coõng truù ủaỏt xi maờng.

- Khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm xác định hàm lợng xi măng thích

hợp trong phòng thí nghiệm

- Thiết kế sơ bộ nền gia cố theo điều kiện tải trọng tác dụng của kết cấu bên trên (căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu trong phòng và kinh nghiệm tích lũy);

- Thi công trụ thử bằng thiết bị dự kiến sử dụng;

- Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra (xuyên cánh, xuyên tĩnh, nén tĩnh, lấy mẫu );

- So sánh với các kết quả thí nghiệm trong phòng, đánh giá lại các chỉ tiêu cần thiết;

- Điều chỉnh thiết kế (hàm lợng chất gia cố, chiều dài hoặc khoảng cách giữa các trụ);

- Thi công đại trà theo công nghệ đã đạt yêu cầu và tiến hành kiểm tra chất lợng phục vụ nghiệm thu

3.3.3.3 Thớ nghieọm.

Đất xử lý trộn sâu đợc thiết kế sao cho công trình xây dựng đạt các yêu cầu

về tính khả thi, kinh tế và lâu dài, chịu đợc các tác động và ảnh hởng trong quá trình thi công và sử dụng, tức là thỏa mãn các điều kiện về trạng thái giới hạn cực hạn, và trạng thái giới hạn sử dụng

3.3.3.4 Tửụng quan giửừa caực ủaởc tớnh cuỷa ủaỏt xửỷ lyự.

Đất xử lý trộn sâu đợc thiết kế sao cho công trình xây dựng đạt các yêu cầu

về tính khả thi, kinh tế và lâu dài, chịu đợc các tác động và ảnh hởng trong quá trình thi công và sử dụng, tức là thỏa mãn các điều kiện về trạng thái giới hạn cực hạn, và trạng thái giới hạn sử dụng

3.3.3.5 Phửụng hửụựng thieỏt keỏ.

Ac là diện tích tiết diện trụ

b Veà ủoọ luựn.

Độ lún tổng (S) của nền gia cố đợc xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố và độ lún của đất dới khối gia cố:

S = S1 + S2

Trong đó: S1 - độ lún bản thân khối gia cố

S2 - độ lún của đất cha gia cố, dới mũi trụ

Độ lún của bản thân khối gia cố đợc tính theo công thức:

s c

qH E

qH S

)1(

1

−+

=

=

Trong đó:

q - tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kN);

H - chiều sâu của khối gia cố (m)

a - tỷ số diện tích, a = (nAc / BL), n- tổng số trụ, Ac - diện tích tiết diện trụ,

B, L - kích thớc khối gia cố;

Ec- Mô đun đàn hồi của vật liệu trụ; Có thể lấy Ec = (50ữ100) Cc trong đó Cc

là sức kháng cắt của vật liệu trụ

Es - Mô đun biến dạng của đất nền giữa các trụ (Có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, với Cu là sức kháng cắt không thoát nớc của đất nền)

Độ lún S2 đợc tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp (xem phụ lục 3 TCXD 45-78) áp lực đất phụ thêm trong đất có thể tính theo lời giải cho bán không gian biến dạng tuyến tính (tra bảng) hoặc phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1) nh hình trên Phạm vi vùng ảnh hởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vợt quá 10% áp lực đất tự nhiên (theo quy định trong tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCXD 45 - 78)

Để thiên về an toàn, tải trọng (q) tác dụng lên đáy khối gia cố xem nh khôngthay đổi suốt chiều cao của khối

cờng độ chịu nén của một số hỗn hợp gia cố “Đất - xi măng”

Loại đất điểmĐịa

Đặc trng đất tự nhiên Cờng độ kháng nén 1trục, kg/cm2

3.4 NÉN TRƯỚC BẰNG TẢI TRỌNG TĨNH.

3.4.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng.

Nén trước bằng tải trọng tĩnh sử dụng trong trường hợp gặp nền đất yếu như than bùn, bùn, sét và sét pha dẻo nhão… Mục đích của gia tải trước là :

- Tăng cường sức chịu tải của đất nền

- Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho lún ổn định nhanh hơn.Muốn đạt được mục đích trên, người ta dùng các biện pháp sau đây :

- Chất tải trọng bằng cát, sỏi, gạch, đá… bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự định xây dựng để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng

- Dùng giếng cát (biện pháp ở phần trên) hoặc bản giấy thấm để thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

3.4.2 Điều kiện về địa chất công trình.

Để đạt được mục đích nén chặt đất và nước trong lỗ rỗng thoát ra, điều kiện cơ bản là phải có chỗ cho nước thoát ra được Những sơ dồ về địa chất sau đây được xem là phù hợp cho phương pháp này :

a Sơ đồ theo hình 4.5a : khi bị ép, nước sẽ bị ép xuống lớp cát bên dưới

b Sơ đồ theo hình 4.5b : khi bị ép, nước sẽ bị ép theo hai hướng lên trên và xuống lớp cát bên dưới

c Sơ đồ theo hình 4.5c : khi bị ép, nước sẽ thoát theo hướng lên lớp cát

Cát Đất yếu

Cát

Đất sét Đất yếu

Cát

Các điều kiện địa chất công trình để dùng phương pháp gia tải nén trước không dùng giếng

thoát nước.

3.4.3 Tính toán gia tải trước.

Lựa chọn áp lực nén trước như sau :

+ Dùng áp lực nén trước bằng đúng tải trọng công trình sẽ xây dựng.+ Dùng áp lực nén trước lớn hơn tải trọng công trình (khoảng 20%) để tăng nhanh quá trình cố kết, không nên chọn quá lớn sẽ làm cho nền đất bị phá hoại

Độ lún dự tính của nền đất yếu dưới tác dụng của tải trọng nén trước được xác định theo công thức kinh nghiệm sau :

t

t S

St : độ lún dự tính trong thời gian t nào đó;

t : thời gian nén trước;

α : hệ số kinh nghiệm xác định theo công thức :

1 1 t

t t

2

1 2

S

t S t

t t S

−

−

=

(4.21)

ở đây, St1 và St2 là độ lún quan trắc ở thời điểm t1 và t2.

3.4.4 Biện pháp thi công.

Có hai cách gia tải nén trước :

- Chất tải trọng nén trước ngay trên mặt đất, tại vị trí sẽ xây móng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún ổn định, sau đó dỡ tải và đào hố thi công móng

- Có thể xây móng, sau đó chất tải lên móng cho lún đến ổn định, sau đó dỡ tải và xây các kết cấu bên trên

Lưu ý chất tải tăng dần theo từng cấp Mỗi cấp khoảng 15 – 20% tổng tải trọng Cần tiến hành theo dõi, quan trắc độ lún để xem độ lún có đạt yêu cầu không, nếu không đạt cần có biện pháp tích cực hơn để nước tiếp tục thoát ra

3.5 GIẾNG CÁT.

3.5.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng.

Giếng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hòa nước, có tính biến dạng lớn… khi xây dựng các công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền đường, sân bay, bản đáy các công trình thủy lợi…

Giếng cát có hai tác dụng chính :

- Giếng cát sẽ làm cho nước tự do trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải vì vậy làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình nhanh đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

- Nếu khoảng cách giữa các giếng được chọn thích hợp thì nó còn có tác dụng làm tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên

Những điểm giống và khác nhau giữa giếng cát và cọc cát :

- Kích thước (đường kính và chiều dài) tương tự như nhau, nhưng khoảng cách giữa các giếng cát thì lớn hơn cọc cát

- Nhiệm vụ của chúng khác nhau :

+ Cọc cát làm chặt đất là chính, làm tăng SCT đất nền, thoát nước lỗ rỗng là phụ

+ Giếng cát để thoát nước lỗ rỗng là chính, tăng nhanh quá trình cố kết, làm cho độ lún của nền nhanh chóng ổn định Làm tăng sức chịu tải của nền là phụ

3.5.2 Tính toán và thiết kế giếng cát.

Cấu tạo của giếng cát gồm có ba bộ phận chính (hình vẽ) là hệ thống các giếng cát, đệm cát và lớp gia tải

hđ : chiều dày lớp đệm cát;

S : độ lún tính toán của nền đất

Cát làm lớp đệm thường sử dụng cát hạt trung hoặc hạt to

Tầng không thấm nước

Đất yếu

Đệm cát q

Giếng cát

L

L d

Cấu tạo giếng cát trên mặt bằng.

Sơ đồ cấu tạo giếng cát.

3.5.2.2 Lớp gia tải.

Xác định chiều cao của lớp gia tải :

Trong đó :

σ : áp lực do tải trọng ngoài

Và : σ≤ Rtc hay qat

Rtc tính với đất yếu ϕ = 0 và đất đắp ngay trên mặt nên h = 0; vì vậy Rtc

= πc Nếu điều kiện trên không thỏa mãn thì phải đắp lớp gia tải nhiều lần hoặc dùng bệ phản áp

γ

ϕ + ϕ

ϕ +

2 - ctg

) 2c.ctg h

+ Móng băng : lg≈ 4b.

+ Móng bè :

- Nếu nền đất yếu có gốc là đất loại sét, thì : lg≥ 9m + 0,15b

- Nếu nền đất yếu có gốc là đất loại cát, thì : lg ≥ 6m + 0,10b.Khoảng cách giữa các giếng cát : Khoảng cách giữa các giếng cát phụ thuộc vào đường kính giếng cát cũng như tốc độ cố kết của nền đất Theo kinh nghiệm, khoảng cách giữa các giếng trong khoảng 1,0 – 5,0m

3.5.2.4 Tính biến dạng của nền.

Độ lún của nền đất yếu khi chưa có giếng cát :

h

S

1đ

2đ 1đ

h : chiều dày lớp đất yếu có giếng cát

Khi nền đất có nhiều lớp khác nhau thì dùng phương pháp tổng độ lún để xác định

Độ lún của nền đất yếu khi có giếng cát có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của Evgênev :

eo : hệ số rỗng của nền đất ở trạng thái tự nhiên;

ep : hệ số rỗng của nền đất khi có tải trọng ngoài;

dc : đường kính giếng cát;

L : khoảng cách giữa các trục giếng cát;

h : chiều dày lớp đất có giếng cát

Độ lún theo thời gian :

t

t SS 1 -P (z,qr,t) 1 - M M

Trong các công thức trên :

mv : hệ số nén của đất;

e1 : hệ số rỗng ban đầu của đất;

q : tải trọng phân bố đều của công trình;

Pn(z,r,t) : áp lực nước lỗ rỗng;

h : chiều dày lớp đất có giếng cát

3.5.3 Thi coõng gieỏng caựt.

Quaự trỡnh thi coõng gieỏng caựt noựi chung gioỏng nhử coùc caựt Coự theồ haù oỏng theựp xuoỏng baống maựy ủoựng hoaởc maựy rung Gieỏng caựt noựi chung chửa ủửụùc sửỷ duùng phoồ bieỏn ụỷ nửụực ta

3.6 GIA COÁ NEÀN BAẩNG BAÁC THAÁM.

3.6.1 Phaùm vi aựp duùng.

Đây là biện pháp mới đợc sử dụng ở nớc ta và với những công trình đã đợc thoát nớc theo phơng thẳng đứng của bấc thấm chứng tỏ tốc độ cố kết của nền đất yếu là nhanh so với các phơng pháp khác Biện pháp này có thể sử dụng đợc rộng rãi vì theo kinh nghiệm nớc ngoài, đây là biện pháp hữu hiệu trong bài toán giải quyết tốc độ cố kết của nền đất yếu

Công nghệ này thích dụng cho việc xây dựng nhà ở có số tầng có số tầng 3 -

4 tầng xây dựng trên nền đất mới lấp mà dới lớp đất lấp là lớp bùn sâu

3.6.2 Moõ taỷ veà coõng ngheọ.

Nền đất sình lầy, đất bùn và á sét bão hoà nớc nếu chỉ lấp đất hoặc cát lên trên, thời gian để lớp sình lầy cố kết rất lâu kéo dài thời gian chờ đợi xây dựng Cắm xuống đất các ống có bấc thoát nớc thẳng đứng xuống đất làm thành lới ô với khoảng cách mắt lới ô là 500 mm Vị trí ống có bấc nằm ở mắt lới ống thoát nớc

có bấc thờng cắm sâu khoảng 18 - 22 mét

Ống thoát nớc có bấc có đờng kính 50 - 60 mm Vỏ ống bằng nhựa có rất nhiều lỗ châm kim để nớc tự do qua lại Trong ống để bấc bằng sợi pôlime dọc theo ống để nớc dẫn theo bấc lên, xuống, trong ống

Phơng pháp này đợc gọi là phơng pháp thoát nớc thẳng đứng (vertical drain)

Việc cắm ống xuống đất nhờ loại máy cắm bấc thấm

Khi nền đất đợc đổ các lớp cát bên trên để nâng độ cao đồng thời dùng làm lớp gia tải giúp cho sự chắt bớt nớc ở lớp dới sâu để lớp đất này cố kết đủ khả năng chịu tải, nớc trong đất bị áp lực của tải làm nớc tách ra và lên cao theo bấc, đất cố kết nhanh Khi giảm tải, nớc chứa trong ống có bấc mà không hoặc ít trở lại làm nhão đất Kết hợp sử dụng vải địa kỹ thuật tiếp tục chắt nớc trong đất và đổ cát bên trên sẽ cải thiện tính chất đất nền nhanh chóng