Bài giảng NEN MONG, đại học GTVT

MỤC LỤC Lời nói đầu CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.2 PHÂN LOẠI MĨNG 1.2.1 Móng nơng 1.2.2 Móng sâu 1.3 NGUN LÝ TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MĨNG THEO 22TCN 272-05 1.3.1 Tổng quát 1.3.4 Các trạng thái giới hạn 1.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ NỀN MĨNG CHƢƠNG MĨNG NƠNG 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Phân loại móng nơng 10 2.2 CẤU TẠO MĨNG NÔNG 15 2.3 SỨC KHÁNG ĐỠ (SỨC CHỊU TẢI) CỦA MĨNG NƠNG 16 2.3.1 Các dạng phá hoại đất móng nơng 16 2.3.2 Sức kháng đỡ theo Terzaghi 18 2.3.3 Sức kháng đỡ theo Meyerhof 20 2.4 THIẾT KẾ MĨNG NƠNG 22 2.4.1 Sơ đồ thiết kế móng nơng thiên nhiên 22 2.4.2 Kiểm tốn theo trạng thái giới hạn cường độ (TTGHCĐ) 23 2.4.3 41 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng (TTGHSD) CHƢƠNG MÓNG CỌC 3.1 48 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÓNG CỌC 3.2 PHÂN LOẠI CỌC VÀ MÓNG CỌC 48 50 3.2.1 Phân loại cọc 50 3.2.2 Phân loại móng cọc 57 3.3 CẤU TẠO CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP ĐƢỜNG KÍNH NHỎ 61 3.3.1 Kích thước cọc 61 3.3.2 Cấu tạo cốt thép cọc 61 3.4 CẤU TẠO CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP ĐƢỜNG KÍNH LỚN i 66 3.4.1 Cấu tạo cọc khoan nhồi 66 3.4.2 Cấu tạo cọc ống 69 3.5 CẤU TẠO BỆ CỌC 71 3.5.1 Cao độ bệ cọc 71 3.5.2 Kích thước bệ cọc 71 3.5.3 Liên kết cọc- bệ cọc 73 3.5.4 Tính tốn nội lực đầu cọc móng cọc bệ thấp 75 3.6 DỰ ĐOÁN SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỦA CỌC 75 3.6.1 Sức kháng đỡ theo vật liệu (Qvl) 75 3.6.2 Sức kháng đỡ theo đất 76 3.6.3 Hiện tượng ma sát âm 81 3.6.4 Ảnh hưởng q trình thi cơng cọc đến sức chịu tải cọc 83 3.6.5 Ảnh hưởng chiều sâu ngàm cọc đến sức chịu tải cọc 85 3.6.6 Hiệu ứng nhóm 86 3.67 87 3.7 Dự đốn sức chịu tải dọc trục cọc theo 22TCN272-05 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CỌC 107 3.7.1 Cọc chế sẵn 108 3.7.2 Cọc nhồi 109 CHƢƠNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 111 111 4.1.1 Khái niệm thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc 4.1.2 Trình tự thí nghiệm 4.2 111 111 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 113 4.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc 113 4.2.2 Phương pháp thử động biến dạng lớn PDA (Pile driving analyser) 119 4.3 THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƢỢNG CỌC (ĐỘ NGUYÊN VẸN KẾT CẤU) 131 4.3.1 Thí nghiệm siêu âm cọc 131 4.3.2 Thí nghiệm biến dạng nhỏ kiểm tra chất lượng cọc (PIT) 145 CHƢƠNG TĂNG CƢỜNG NỀN 157 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẤT YẾU 157 5.1.1 Một số đặc điểm đất yếu 157 5.1.2 158 5.2 YẾU Các biện pháp xử lý đất yếu ĐIỀU KIỆN VÀ NGUYÊN LÝ CỦA CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT 160 5.2.1 Điều kiện xử lý đất yếu 160 5.2.2 Nguyên lý biện pháp xử lý đất yếu 162 5.3 5.3.1 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TĂNG CƢỜNG NỀN ĐẤT YẾU Các phương pháp tăng sức kháng cắt thông qua việc làm tăng tốc độ cố kết ii 165 165 5.3.2 Các phương pháp tăng trực tiếp sức kháng cắt, sức chịu tải TÀI LIỆU THAM KHẢO 189 211 iii Lời nói đầu Móng phận thiết yếu cơng trình xây dựng gắn liền với đất Khi thiết kế xây dựng cơng trình phải bảo đảm yêu cầu sau: - Bảo đảm cƣờng độ ổn định phận cơng trình; - Sự làm việc bình thƣờng cơng trình q trình sử dụng; - Thời gian xây dựng ngắn, giá thành cơng trình rẻ Trên thực tế cơng trình hƣ hỏng nhiều nguyên nhân, nguyên nhân chƣa đánh giá hết đƣợc điều kiện làm việc, ứng xử Móng Nền đất Chính lẽ việc nghiên cứu Nền Móng cơng trình cách tồn diện, mặt học nó, có ý nghĩa quan trọng cán kỹ thuật xây dựng Nền Móng mơn học sử dụng tổng hợp kiến thức môn học khác nhƣ: Cơ học đất; Sức bền vật liệu; Cơ học kết cấu; Vật liệu xây dựng, Thuỷ văn v.v để nghiên cứu tính tốn thiết kế Nền Móng Khi tính tốn thiết kế xây dựng đòi hỏi phải nghiên cứu, khảo sát, thực nghiệm chặt chẽ Những năm gần đây, nhiều phƣơng pháp tính tốn cơng nghệ thi cơng móng tiên tiến đƣợc áp dụng vào thực tiễn công trình xây dựng Việt Nam Quá trình biên soạn vào mục tiêu, yêu cầu đào tạo, cố gắng cập nhật công nghệ thi công mới, cập nhập Tiêu chuẩn thiết kế hành, tài liệu kinh nghiệm giảng dạy năm trƣớc Nhà trƣờng Toàn giáo trình "Nền Móng" gồm chƣơng với nội dung cấu tạo, tính tốn thiết kế móng; số phƣơng pháp thí nghiệm cọc tăng cƣờng Cuốn Giáo trình đƣợc dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên hệ cao đẳng, ngành công nghệ kỹ thuật xây dựng Cầu đƣờng Trƣờng Mặc dù tác giả cố gắng biên soạn giáo trình nhƣng trình độ hạn chế nên chắn nội dung giáo trình khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp cán giảng dạy, bạn sinh viên độc giả để giáo trình ngày hồn thiện Nhóm tác giả iv CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Khi chịu tải trọng tác dụng đất xảy tƣợng ảnh hƣởng đến kết cấu bên Vấn đề đƣợc nghiên cứu tƣơng đối kỹ môn Cơ học đất Mơn học Nền Móng sử dụng kiến thức học đất đƣợc cụ thể hóa cho phù hợp với điều kiện thực tế đồng thời sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu riêng để tính tốn thiết kế loại móng khác Một cơng trình thƣờng đƣợc chia thành hai phần (Hình 1.1): - Kết cấu phần trên: Bộ phận cơng trình kể từ mặt móng lên - Kết cấu phần dƣới: Bộ phận cơng trình kể từ mặt móng xuống dƣới Kết cấu phần dƣới gồm phận: - Móng phận liên kết với kết cấu bên cơng trình có nhiệm vụ truyền tồn tải trọng cơng trình phân bố tải trọng xuống đất; - Nền vùng đất chịu ảnh hƣởng trực tiếp tải trọng móng truyền xuống, đƣợc giới hạn đƣờng cong dạng nhƣ bóng đèn tròn, ngồi phạm vi ứng suất gây móng truyền tới không đáng kể, biến dạng gây nên đất nhỏ bỏ qua Hình 1.1 Cấu tạo Nền Móng Phạm vi phụ thuộc vào loại đất, đặc điểm móng tải trọng tác dụng lên móng Nền, Móng phận quan trọng vì: - Đất vật thể rời có tính chất đặc biệt, phức tạp, số liệu thí nghiệm tiêu lý khó đạt độ tin cậy cao, đồng thời lý thuyết móng chƣa đánh giá hết ứng xử đất móng thực tiễn; - Móng mơi trƣờng phức tạp thƣờng điều kiện bất lợi cho vật liệu (ẩm ƣớt, ăn mòn…); - Thi cơng đặc biệt sửa chữa khó khăn đơi đòi hỏi giá thành cao; - Phần lớn cơng trình hƣ hỏng lãng phí sai sót, đánh giá chƣa phần móng Hình 1.2 Móng cọc bê tơng cốt thép - Móng có nhiều loại, việc lựa chọn phƣơng án móng phụ thuộc vào yếu tố sau: + Điều kiện địa chất; + Kết cấu cơng trình bên trên; + Yêu cầu độ tin cậy (tầm quan trọng quy mơ cơng trình); + Điều kiện thi cơng (cơng nghệ, mơi trƣờng thi cơng…) 1.2 PHÂN LOẠI MĨNG Căn vào chiều sâu chơn móng, móng đƣợc chia thành loại móng sau: 1.2.1 Móng nơng h Df §Ønh mãng §¸y mãng B Hình 1.3 Móng nơng  Phạm vi áp dụng: Nếu tầng đất chịu lực (tầng đất bản) tốt cách mặt đất độ sâu Df = 3÷5m ta đào đất đến độ sâu xây móng trực tiếp lên tầng đất  Đặc điểm móng nơng: - Chiều sâu chơn móng Df =3÷5m.Thi cơng móng hố móng đào trần - Truyền lực vào đất chủ yếu mặt phẳng đáy móng, bỏ qua ảnh hƣởng ma sát xung quanh móng 1.2.2 Móng sâu Hình 1.4 Móng cọc  Phạm vi áp dụng: Thƣờng dùng trƣờng hợp tải trọng tƣơng đối lớn mà lớp đất tốt lại nằm dƣới sâu  Đặc điểm móng sâu - Chiều sâu chơn móng Df > 5m - Thi cơng móng khơng phải dùng phƣơng pháp hố móng đào trần mà dùng nhiều phƣơng pháp khác - Truyền lực vào đất mặt phẳng đáy móng xung quanh móng 1.3 NGUN LÝ TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MĨNG THEO 22TCN 272-05 1.3.1 Tổng qt Móng cơng trình phải đƣợc thiết kế theo trạng thái giới hạn quy định để đảm bảo yêu cầu thi công sử dụng Phƣơng trình (1.3.2.1-1_22TCN 272-05) ln ln đƣợc thỏa mãn với ứng lực tổ hợp theo quy định chi tiết theo mục 1.3.5 Đối với trạng thái giới hạn sử dụng trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng đƣợc lấy 1,0 Mọi trạng thái giới hạn đƣợc coi trọng nhƣ ∑εiiQi ≤ ΦRn= Rr (1.1) (1.3.2.1-1_22TCN 272-05) với : εi= εDεRεl > 0,95 (1.3.2.1-2_22TCN 272-05) Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại i: εi= (1/εDεRεl ) ≤ 1.0 (1.3.2.1-3_22TCN 272-05) : i : hệ số tải trọng; hệ số nhân dựa thống kê dùng cho ứng lực; Φ : hệ số sức kháng; hệ số nhân dựa thống kê dùng cho sức kháng danh định (ghi Phần 5, 6, 10, 11 12 22TCN 272-05); εi : hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dƣ tầm quan trọng khai thác; εD : hệ số liên quan đến tính dẻo (Điều 1.3.3); εR : hệ số liên quan đến tính dƣ (Điều 1.3.4); εl : hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác (Điều 1.3.5); Qi : ứng lực(tải trọng tác dụng lên kết cấu); Rn : sức kháng danh định; Rr : sức kháng tính tốn = ΦRn 1.3.2 Tải trọng tác dụng Các tải trọng lực thƣờng xuyên (Bảng 1.1) thời (Bảng 1.2) đƣợc xem xét đến nhƣ sau: Bảng 1.1 Tải trọng thƣờng xuyên Ký hiệu Tên tải trọng DD tải trọng kéo xuống (xét tƣợng ma sát âm) DC tải trọng thân phận kết cấu & thiết bị phụ phi kết cấu DW tải trọng thân lớp phủ mặt tiện ích cơng cộng EH tải trọng áp lực đất nằm ngang EL hiệu ứng bị hãm tích luỹ phƣơng pháp thi công ES tải trọng đất chất thêm EV áp lực thẳng đứng thân đất đắp Bảng 1.2 Tải trọng thời Ký hiệu Tên tải trọng BR lực hãm xe CE lực ly tâm CR từ biến CT lực va xe CV lực va tầu EQ động đất FR ma sát IM lực xung kích (lực động ) xe LL hoạt tải xe LS hoạt tải chất them PL tải trọng ngƣời SE Lún SH co ngót TG gradien nhiệt TU nhiệt độ WA tải trọng nƣớc áp lực dòng chảy WL gió hoạt tải WS tải trọng gió kết cấu Chi tiết cách tính loại tải trọng xem Phần – Tải trọng hệ số tải trọng Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 1.3.3 Hệ số tải trọng tổ hợp tải trọng Tổng ứng lực tính tốn phải đƣợc lấy nhƣ sau: Q   ηi γ i Q i (3.4.1-1_22TCN 272-05) đó: i : hệ số điều chỉnh tải trọng bảng 10, 11, 12 (Điều 1.3.2 _ 22TCN271-05) ; Qi : ứng lực(tải trọng tác dụng lên kết cấu); i : hệ số tải trọng lấy theo Bảng 3.4.1-1 3.4.1-2 (phần 3_ 22TCN271-05)  Sức kháng hệ số sức kháng Φ: Sức kháng tính tốn sức kháng danh định nhân với hệ số sức kháng Rr = ΦRn (1.3.2.1-1_22TCN 272-05) Khi đánh giá ổn định tổng thể mái đất có móng khơng có móng cần khảo sát trạng thái giới hạn sử dụng dựa tổ hợp tải trọng sử dụng hệ số sức kháng phù hợp Nếu khơng có thơng tin tốt hệ số sức kháng Φ lấy nhƣ sau: Trƣờng hợp áp dụng Giá trị Φ - Khi thông số địa kỹ thuật đƣợc xác định tốt mái dốc không chống đỡ không chứa cấu kiện 0.75 - Khi thông số địa kỹ thuật dựa thông tin chƣa đầy đủ hay chƣa xác mái dốc có chứa chống đỡ cấu kiện 0.65 Phải lấy hệ số sức kháng loại kết cấu móng khác theo trạng thái giới hạn cƣờng độ đƣợc quy định Bảng 10.5.5-1 đến bảng 10.5.5-3 22TCN 272-05 trừ có sẵn giá trị riêng khu vực Theo trạng thái giới hạn sử dụng lấy hệ số sức kháng 1.0 1.3.4 Các trạng thái giới hạn 1.3.4.1 Trạng thái giới hạn sử dụng Thiết kế móng theo trạng thái giới hạn sử dụng phải bao gồm: - Lún; - Chuyển vị ngang; - Sức chịu tải ƣớc tính dùng áp lực chịu tải giả định; - Xem xét lún phải dựa độ tin cậy kinh tế Trạng thái giới hạn sử dụng phải xét đến nhƣ biện pháp nhằm hạn chế, kiểm soát đối biến dạng vết nứt dƣới điều kiện sử dụng bình thƣờng Tổ hợp tải trọng sử dụng liên quan đến khai thác bình thƣờng cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất tải trọng lấy theo giá trị danh định Tổ hợp trọng tải cần đƣợc dùng để khảo sát ổn định mái dốc 1.3.4.2 Trạng thái giới hạn cƣờng độ Thiết kế móng theo trạng thái giới hạn cƣờng độ phải đƣợc xét đến: - Sức kháng đỡ, loại trừ áp lực chịu tải giả định; - Mất tiếp xúc nhiều; - Trƣợt đáy móng; - Mất đỡ ngang; - Mất ổn định chung và; - Khả chịu lực kết cấu Móng phải đƣợc thiết kế mặt kích thƣớc cho sức kháng tính tốn khơng nhỏ tác động tải trọng tính toán xác định phần 3_22TCN272-05 Trạng thái giới hạn cƣờng độ I: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn cầu khơng xét đến gió Trạng thái giới hạn cƣờng độ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vƣợt 25m/s b) Ưu điểm cọc ximăng - đất So với giải pháp xử lý khác, công nghệ cọc ximăng đất có ƣu điểm có khả xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với loại đất yếu (từ cát thô bùn yếu), thi công đƣợc điều kiện ngập sâu nƣớc điều kiện công trƣờng chật hẹp Khi tầng đất yếu bên dày phƣơng án sử dụng cọc ximăng đất tiết kiệm phƣơng án dùng cọc bê tông cốt thép hay cọc khoan nhồi  Ưu điểm vượt trội cọc ximăng đất: Thi công nhanh, kĩ thuật thi cơng khơng phức tạp, khơng có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công đến 50% chờ đúc cọc đạt đủ cƣờng độ Hiệu kinh tế cao, so với phƣơng án dùng cọc bê tơng cốt thép, cọc khoan nhồi giá thành rẻ nhiều Thích hợp với phƣơng án xử lý đất yếu cho cơng trình khu vực đất yếu nhƣ bãi bồi ven sông, ven biển Thi công nơi mặt chật hẹp, ngập nƣớc, có khả xử lý sâu (tới 50m) Nếu địa chất cát phù hợp với công nghệ cọc ximăng đất, độ tin cậy cao Biến dạng đất gia cố nhỏ giảm thiểu độ lún cơng trình lân cận, tăng khả chịu cắt cho cơng trình Dễ dàng điều chỉnh cƣờng độ cách điều chỉnh hàm lƣợng xi măng thi công Dễ quản lý, giám sát chất lƣợng thi công, hạn chế gây ô nhiễm mơi trƣờng c) Các kiểu bố trí cọc ximăng- đất Tùy theo mục đích sử dụng bố trí cọc theo mơ hình khác Ví dụ để giảm thiểu độ lún, cọc đƣợc bố trí dạng lƣới tam giác ô vuông Khi làm tƣờng chắn thƣờng tổ chức thành hàng, dãy đóng vai trò nhƣ tƣờng chắn mềm (Hình 5.27) Hình 5.27 Thí dụ bố trí cọc trộn khơ Dải; Nhóm; Lưới tam giác; Lưới vng 197 Hình 5.28 Bố trí cọc trộn ướt mặt đất Kiểu tường; Kiểu kẻ ô; Kiểu khối; Kiểu diện Hình 5.29 Bố trí cọc trùng theo khối Hình 5.30 Một số loại mũi khoan thi cơng trụ đất trộn xi măng Phương hướng thiết kế 198 Quy trình thiết kế lặp, gồm thí nghiệm phòng, thiết kế chức năng, thử trƣờng thiết kế công nghệ Hình 5.31 Sơ đồ thiết kế  Về ổn định Cƣờng độ kháng cắt gia cố tính theo công thức : Ctb = Cu (1- a) + a Cc (5.40) : Cu: sức kháng cắt đất, tính theo phƣơng pháp trọng số cho nhiều lớp; Cc: sức kháng cắt trụ; a: tỷ số diện tích, a = n Ac/Bs; n: số trụ 1m chiều dài khối đắp; Bs: chiều rộng khối đắp; Ac: diện tích tiết diện trụ 199  Về độ lún  Độ lún toàn phần Trụ để giảm độ lún thƣờng đƣợc bố trí theo lƣới tam giác vng Phân tích lún dựa quan điểm đồng biến dạnghay nói cách khác, cho hiệu ứng vòm phân bố lại tải trọng cho biến dạng thẳng đứng độ sâu định trở thành trụ đất quanh trụ Đối với nhóm trụ, độ lún trung bình đƣợc giảm ứng suất cắt đất, huy động bề mặt tiếp xúc theo chu vi khối với đất xung quanh Chỉ chuyển dịch nhỏ (vài mm) đủ để huy động sức kháng cắt đất Ứng suất cắt gây nên độ lún lệch trụ nhóm Độ lún lệch giảm dần theo mức độ cố kết đất, khơng kể đến tính lún tổng  Tốc độ lún Trong trộn khơ, tính thấm trụ cao đất xung quanh, trụ có tác dụng nhƣ băng nƣớc thẳng đứng Tuy nhiên, tốc độ lún không định hiệu ứng thoát nƣớc Khi trụ gia cố đất sét yếu xung quanh làm việc, tƣợng trội phân bố ứng suất hệ thống trụ đất theo thời gian Ngay tác động, tải trọng đƣợc chịu áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣ Trụ tăng độ cứng theo thời gian, chịu dần tải trọng, giảm bớt tải trọng lên đất Hệ áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣ đất yếu đƣợc giảm nhanh, chí chƣa có thấm hƣớng tâm Phân bố lại ứng suất nguyên nhân để giảm độ lún tăng tốc độ lún Do đó, cho dù tính thấm trụ đất trình cố kết nhanh nhờ diện trụ Trụ đất xi măng làm tăng hệ số cố kết chiều Trong trộn ƣớt, tính thấm trụ khơng cao đất xung quanh Nhƣng nhờ phân bố lại ứng suất mà trình cố kết chiều xảy nhanh  Tường vây Tƣờng vây tạo trụ gối đè khơng cho nƣớc rò rỉ qua tƣờng Quan trọng độ đồng phòng rò rỉ Thƣờng dùng thêm vữa sét để tăng sức chống rò rỉ Nếu thiết kế tƣờng ngăn ô nhiễm phải kiểm tra phản ứng chất nhiễm bẩn với đất xử lý, đặc biệt chúng có tính a xít cao  Tính tốn độ lún Độ lún tổng (S) gia cố đƣợc xác định tổng độ lún thân khối gia cố độ lún đất dƣới khối gia cố: S = S1 + S2 đó: S1: độ lún thân khối gia cố; S2: độ lún đất chƣa gia cố, dƣới mũi trụ Độ lún thân khối gia cố đƣợc tính theo công thức: 200 (5.41) S1  qH qH  E tb aE c  (1  a)Es (5.42) đó: q: tải trọng cơng trình truyền lên khối gia cố (kN); H: chiều sâu 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 thƣớc khối gia cố; Ec: mơ đun đàn hồi vật liệu trụ; Có thể lấy Ec = (50100) Cc Cc sức kháng cắt vật liệu trụ Es: mô đun biến dạng đất trụ Có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, với Cu sức kháng cắt khơng nƣớc đất Độ lún S2 đƣợc tính theo nguyên lý cộng lún lớp, áp lực đất phụ thêm đất tính theo lời giải cho bán khơng gian biến dạng tuyến tính (tra bảng) phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1) nhƣ hình Phạm vi vùng ảnh hƣởng lún đến chiều sâu mà áp lực gây lún khơng vƣợt q 10% áp lực đất tự nhiên (theo quy định tiêu chuẩn thiết kế nhà cơng trình TCXD 45 - 78) Để thiên an toàn, tải trọng (q) tác dụng lên đáy khối gia cố xem nhƣ không thay đổi suốt chiều cao khối Bảng 5.6 Cƣờng độ chịu nén số hỗn hợp gia cố đất – ximăng Cƣờng độ kháng nén trục, (kg/cm2) Đặc trƣng đất tự nhiên Loại đất Địa điểm k 0 LL LP G/cm3 % % % IP Cu 7% XM 12% XM kg/cm2 28 ngày 90 ngày 28 ngày 90 ngày Sét pha Hà Nội 1,30 45 37 24 13 0,16 3,36 3,97 4,43 4,48 Cát pha Nam Hà - 41 - - - - - 2,24 - 3,21 Sét pha Hà Nội xám đen - 62 36 23 13 0,23 - - 7,39 9,42 Sét pha Hà Nội xám nâu - 35 35 27 0,21 - - 4,28 4,82 Sét pha Hà Nội hữu - 30 30 19 11 0,23 3,00 4,07 - - 1,60 52 37 24 13 0,10 0,61 0,66 2,13 2,50 - 51 - - - 0,10 - - 2,39 2,55 Sét pha Hà Nội Sét xám Hà Nội xanh 201 Đất sét Hà Nội hữu Sét pha Hà Nội Bùn sét Hà Nội hữu Bùn sét Hà Nội hữu - 95 62 40 22 0,21 - - 0,51 0,82 1,43 37 30 19 11 0,32 - - 11,0 19,0 γw 74 54 35 19 0,39 - - - 1,22 119 54 36 18 0,19 - - 0,42 0,50 1,51 γw 1,54 Sét pha Hải Dƣơng 1,35 36 27 18 - 6,18 6,50 9,13 9,53 Cát pha Hải Dƣơng 1,35 26 27 19 - 3,55 4,21 6,75 7,92 Sét Hải Phòng 1.16 50 46 28 18 0.28 1.63 1.85 3.01 3.95  Tính chất xi măng đất Xi măng: đất đất đóng vai trò ổn định chống thấm Cƣờng độ chịu nén xi măng - đất từ 2†25N/mm2, phụ thuộc vào hàm lƣợng xi măng tỉ lệ đất lại khối xi măng - đất Lƣợng xi măng tối ƣu theo thể tích để gia cố hiệu loại đất theo tiêu chuẩn TCVN 5747-1993 đƣợc trình bày Bảng 5.7 Bảng 5.7 Hàm lƣợng xi măng cần thiết theo thể tích để gia cố hiệu với loại đất khác Loại đất % xi măng theo thể tích GP, SP SW 6÷10 CL, ML MH 8÷12 CL,CH 10÷14 Ngồi ra, sử dụng cơng nghệ Nhật Bản loại máy TENOCOLUMN tỷ lệ xi măng, tỷ lệ N/X cƣờng độ mẫu đƣợc trình bày nhƣ Bảng 5.8 Bảng 5.8 Các tiêu sử dụng máy TENOCOLUMN Lƣợng ximăng (kg/m3) Tỷ lệ N/X Cƣờng độ mẫu % kG/cm2 Cát 250 120 41,8 Bùn,sét 226 100 30 cát 250 60 17,1 Đất lẫn hữu 350 60 15,7 Than bùn 325 60 16,4 Loại đất chỗ 202 Hiệu chống thấm xi măng: đất đạt đƣợc cách lựa chọn loại vữa thích hợp, trƣờng hợp cần thiết phải cho thêm bentonite Loại vật liệu làm vữa khối lƣợng vữa bơm vào, nhƣ loại đất lƣợng đất lại khối xi măng: đất định tính chống thấm 5.3.2.3.Phương pháp dùng vải địa kĩ thuật a) Gia cố đƣờng Đối với đất đắp, việc đặt vào nhiều lớp vải địa kỹ thuật làm tăng cƣờng độ chịu kéo cải thiện độ ổn định đƣờng chống lại trƣợt tròn Mặt khác, vải địa kỹ thuật có tác dụng làm cho độ lún đất đắp đƣợc đồng Hình 5.32 Gia cố vải địa kỹ thuật đường Hình 5.33 Vải địa kỹ thuật a) Phạm vi áp dụng Xử lý cục ổn định đất đắp, sử dụng nhiều cơng trình giao thông gia cố đệm cát, giếng cát, gia cƣờng cho tƣờng chắn, … Một số lƣu ý gia cố đƣờng: Nên sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lƣới kỹ thuật) có cƣờng độ cao, biến dạng nhỏ, lâu lão hóa làm lớp thảm tăng cƣờng cho đất đắp Hƣớng dọc hƣớng có cƣờng độ cao lớp thảm phải thẳng góc với tim đƣờng Việc sử dụng vật liệu địa kỹ thuật không bị hạn chế bới điều kiện địa chất, nhƣng đất yếu tác dụng rõ Số lớp thảm tăng cƣờng phải dựa vào tính tốn để xác định, bố trí nhiều lớp, cách khoảng 15: 30cm 203 Phải bố trí đủ chiều dài đoạn neo giữ, chiều dài đoạn neo, tỷ số lực ma sát với mặt mặt dƣới lớp thảm Pf lực kéo thiết kế lớp thảm Pj phải thỏa mãn điều kiện : Pf  1,5 Pj j Góc ma sát lớp thảm vật liệu đắp f nên dựa vào kết thí nghiệm để xác định, khơng làm đƣợc thí nghiệm, xác định theo cơng thức sau : tgφ f  tgφ q Trong q góc ma sát xác định thí nghiệm cắt nhanh vật liệu đắp tiếp xúc với lớp thảm b) Gia cố tƣờng chắn đất Hiện ngƣời ta chọn phƣơng pháp gia cố phần đất đắp sau lƣng tƣờng vải địa kỹ thuật hay lƣới kim loại để tạo tƣờng chắn đất mềm dẻo nhằm thay loại tƣờng chắn thông thƣờng tƣờng cứng Các lớp vải địa kỹ thuật chịu áp lực ngang từ khối đất sau lƣng tƣờng Cấu tạo tƣờng chắn nhƣ Hình 5.34 : Hình 5.34 Dùng vải địa kỹ thuật làm tường chắn đất Trong : Pa1 = KaγH; Pa2 = Kaq; Sv - khoảng cách lớp vải (chiều dày lớp đất); Le -chiều dài đoạn neo giữ cần thiết, Le ≥ 1m Lr - chiều dài lớp vải nằm trƣớc mặt trƣợt; Lo - chiều dài đoạn vải ghép chồng Tồng chiều dài : Chiều dài thiết kế : ∑L = Le + Lr + Lo + Sv L = Le + Lr(4.59) Tính tốn khoảng cách chiều dài lớp vải : 204 (5.43) Hình 5.35 Sơ đồ tính toán tường chắn đất gia cố vải địa kỹ thuật Xét áp lực ngang tác dụng lên 1m dài tƣờng : Pa Sv  T FS (5.44) Tính tốn đƣợc khoảng cách lớp vải : Sv  T P FS (5.45) a Trong : FS: hệ số an toàn lấy 1,3: 1,5; T: cƣờng độ chịu kéo vải (T/m; KN/m), đƣợc cung cấp từ nhà sản xuất tùy theo loại vải Tính tốn chiều dài neo giữ cần thiết : Le  S P FS v a ≥ 1m 2(C  Z.tg ) (5.46) a Tính tốn chiều dài lớp vải nằm trƣớc mặt trƣợt : Lr = (H-Z)tg(450-φ/2) (5.47) Tính tốn chiều dài đoạn vải ghép chồng : Lo  S P FS v a ≥ 1m 4(C Ztg ) (5.48) a Ngoài cần kiểm tra điều kiện chống trƣợt chống lật đổ tƣờng chắn nhƣ loại tƣờng chắn thông thƣờng 5.3.2.4.Phương pháp thay đất (Đệm cát) bệ phản áp a) Phƣơng pháp thay đất (đệm cát)  Khái niệm Thay đất đào bỏ phần lớp đất yếu đến chiều sâu tính tốn u cầu sau thay lớp cát, cuội sỏi đƣợc đầm chặt; vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng cát nên phƣơng 205 pháp có tên gọi đệm cát Nhƣ phía dƣới tầng đệm cát tầng đất yếu tầng đệm cát đƣợc xem nhƣ lớp balát dƣới móng cơng trình Khi lớp đất yếu dƣới đáy móng bão hòa nƣớc nhƣ sét nhão, cát pha, sét pha nhão, bùn, than bùn; có chiều dày nhỏ 3m, dƣới lớp đất chịu lực tốt, đồng thời xuất nƣớc áp lực cao thay đệm cát đệm đá, sỏi Với đệm cát ứng suất giảm theo chiều sâu lớp đệm đệm đá sỏi có độ cứng lớn nên ứng suất không thay đổi theo chiều sâu Do đệm đá sỏi coi nhƣ phận móng coi lớp đệm nhƣ móng nông đặt thiên nhiên Tác dụng tầng đệm cát: - Lớp đệm cát đóng vai trò nhƣ lớp chịu lực truyền tải trọng cơng trình xuống lớp đất thiên nhiên Làm tăng sức chịu tải đất Làm giảm độ lún móng; giảm độ lún lệch móng có phân bố lại ứng suất tải trọng gây đất dƣới tầng đệm cát Giảm chiều sâu chôn móng từ giảm khối lƣợng vật liệu xây móng Ngồi tầng đệm cát tăng nhanh khả nƣớc cố kết từ phía dƣới đất yếu lên mặt đất tự nhiên dƣới tác dụng tải trọng cơng trình Tuy nhiên, sử dụng biện pháp đệm cát cần phải ý đến trƣờng hợp sinh tƣợng cát chảy, xói ngầm nƣớc ngầm tƣợng hóa lỏng tác dụng tải trọng động Những trường hợp sau không nên sử dụng đệm cát : - Lớp đất phải thay có chiều dày lớn 3m, lúc đệm cát có chiều dày lớn, thi cơng khó khăn, khơng kinh tế - Mực nƣớc ngầm cao có áp Lúc hạ mực nƣớc ngầm tốn đệm cát không ổn định  Ƣu nhƣợc điểm, phạm vi áp dụng Ưu nhược điểm: - Phƣơng pháp đệm cát thi công đơn giản rẻ tiền, thƣờng áp dụng cho cơng trình có tải trọng nhỏ lớp đất yếu nằm gần mặt Tuy nhiên, phƣơng pháp có nhƣợc điểm khối lƣợng đào đắp tƣơng đối lớn có khả đẩy giá thành cơng trình tăng lên chiều dày tầng đệm cát lớn Hơn tầng đệm cát nằm vùng có nƣớc ngầm thay đổi tƣơng lai có nguy tầng đệm cát bị nƣớc ngầm dẫn đến gây khả lún sụt cục cho công trình giảm độ chặt Phạm vi áp dụng: - Dƣới đáy móng tầng đất yếu, tải trọng cho phép nhỏ, để chịu đƣợc lực cần đặt đáy móng sâu nhƣ vây thi cơng lại khó khăn giá thành tăng cao - Những cơng trình chịu tải trọng khơng lớn khơng yêu cầu chặt chẽ biến dạng lún - Những nơi mực nƣớc ngầm ổn định khơng có nƣớc ngầm 206 - Sử dụng hiệu cho lớp đất yếu trạng thái bão hòa nƣớc (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) chiều dày lớp đất yếu nhỏ 3m  Thiết kế lớp đệm cát  Vật liệu làm đệm cát Cát to cát hạt trung hai loại cát làm lớp đệm tốt sau đầm chặt, đạt độ chặt cao, chịu đƣợc tải trọng lớn cơng trình khơng di động dƣới tác dụng nƣớc ngầm Ở nƣớc ta dùng cát vàng (hạt trung) hay cát đen (hạt nhỏ) làm đệm cát Cát vàng làm đệm cát tốt hơn, nhƣng giá thành cao Dùng cát đen hạ giá thành 40 - 60% so cát vàng, nhƣng độ chặt hơn, dễ di động dƣới tác dụng nƣớc dƣới đất có áp lực cao; dùng cát đen làm đệm cát công trình loại nhỏ, loại vừa điều kiện địa chất thuỷ văn thích hợp Để lớp đệm cát ổn định đất yếu dƣới tác dụng tải trọng cơng trình, nên chọn loại cát thoả mãn số điều kiện sau: -Với cát vàng: hàm lƣợng SiO2 không nhỏ 70%, hàm lƣợng hữu không lớn 5%, hàm lƣợng mica nên nhỏ 1,5% Cỡ hạt d > 0,25mm chiếm 50% trọng lƣợng, cấp phối rải d = - 0,25mm -Với cát đen; hàm lƣợng SiO2 không nhỏ 80%, hàm lƣợng hữu không lớn 2%, hàm lƣợng mica hàm lƣợng sét nên nhỏ 2% Có thể trộn 70% cát vàng với 30% cát đen hay ba phần sỏi với hai phần cát vàng (sỏi có cỡ hạt 20 - 30mm)  Thiết kế lớp đệm cát Khi thiết kế lớp đệm cát, yêu cầu phải đảm bảo điều kiện sau đây: - Lớp đệm cát ổn định dƣới tác dụng tải trọng cơng trình; - Áp lực mặt lớp đất yếu đáy lớp đệm tải trọng cơng trình gây phải nhỏ áp lực tiêu chuẩn mặt lớp đất đó; - Độ lún tồn lớp đệm lớp đất nằm dƣới nhƣ độ lún không móng phải nhỏ giá trị giới hạn quy định quy phạm thiết kế Khi có đệm cát, đất trở thành mơi trƣờng lớp có tính chất hồn tồn khác nhau, lớp đệm cát có kích thƣớc giới hạn lớp đất yếu có kích thƣớc phát triển vô hạn theo hƣớng Tuy nhiên tính tốn, ngƣời ta coi lớp đệm cát nhƣ phận đất tức đồng biến dạng tuyến tính Với quan điểm này, kích thƣớc lớp đệm cát đƣợc thiết kế phải thỏa mãn: ζ1 + ζ2 ≤ R H 207 (5.49) h H P d Tầng đệm cát Hỡnh 5.36 Lp m cỏt đáy móng Trong đó: - ζ1: ứng suất thƣờng xuyên trọng lƣợng thân đất đệm cát tác dụng mặt đất yếu đáy lớp đệm cát ζ1 = γđ.h + γc.d (5.50) - γđ, γc: trọng lƣợng thể tích đất yếu cát làm đệm; - h: khoảng cách từ đáy móng đến mặt đất; - d: chiều dày lớp đệm cát; - ζ2: ứng suất tải trọng cơng trình gây mặt lớp đất yếu đáy đệm cát; ζ2 = α0.(ζ0 – γđ.h) (5.51) - α0: hệ số xét đến thay đổi ứng suất theo chiều sâu phụ thuộc vào chiều dài móng l, chiều rộng móng b khoảng cách từ đáy móng đến đáy lớp đệm cát (tra Hình 5.37); - ζ0: ứng suất bề mặt tầng đệm cát trọng tâm đáy móng ζ0 = N/F (5.52) - N: tổ hợp tải trọng thẳng đứng trọng tâm đáy móng; - F: diện tích đáy móng; - RH: sức chịu tải đất yếu dƣới đáy lớp đệm cát Chiều dày lớp đệm cát hc đƣợc xác định theo công thức: hc = K.b (5.53) - K: hệ số phụ thuộc tỉ số l/b R1/R2, tra từ tốn đồ Hình 5.37; - R1, R2: sức chịu tải đệm cát đất yếu xác định từ thí nghiệm trƣờng 208 Hình 5.37 Tốn đồ xác định hệ số K  Thi công đệm cát Hiệu đệm cát phụ thuộc phần lớn vào chất lƣợng công tác thi công, phải đầm nén đảm bảo đủ độ chặt không làm phá hoại kết cấu lớp đất bên dƣới Trƣờng hợp khơng có nƣớc ngầm, cát đƣợc đổ lớp dày khoảng 20cm, làm chặt đầm lăn, đầm rung… có nƣớc ngầm cao, phải có biện pháp hạ mực nƣớc ngầm dùng biện pháp thi công nƣớc Độ ẩm đầm nén tốt cát làm vật liệu lớp đệm xác định theo công thức sau : W  tn 0,7eγn γs (5.54) Trong : e - hệ số rỗng cát trƣớc đầm nén; n - trọng lƣợng riêng nƣớc = 10 KN/m3; s - trọng lƣợng riêng cát Sau đầm nén cần kiểm tra lại độ chặt đệm cát cách sử dụng xuyên tiêu chuẩn; xuyên tĩnh xuyên động b) Phƣơng pháp dùng bệ phản áp Nguyên lý : Giải pháp phản áp đắp đất cạnh ta luy với chiều cao thấp đƣờng, tạo nên khối phản áp, để chống lại khối gây trƣợt (về lý thuyết tƣợng trƣợt xảy mô men gây trƣợt lớn mô men chống trƣợt; khối phản áp đặt vùng chống trƣợt) (Hình 5.38)  Ƣu nhƣợc điểm - Ƣu điểm: Giải pháp có tác dụng chống trƣợt sâu, đƣợc dùng phổ biến hầu hết dự án Giao thông, kết hợp đồng thời với giải pháp khác nhƣ thay đất bấc thấm, giếng cát hay dùng đoạn sát đầu cầu hay cống hộp, đắp cao, thi công nhanh Với số cầu cao, phải dùng phản áp đặt trƣớc mố, để chống trƣợt dọc cầu 209 - Nhƣợc điểm: Đó khơng giảm đƣợc thời gian lún cố kết không giảm đƣợc độ lún mà tăng thêm độ lún (do thêm tải trọng bệ phản áp hai bên) Ngồi có nhƣợc điểm khối lƣợng đắp lớn diện tích chiếm dụng lớn Giải pháp khơng thích hợp với loại đất yếu than bùn bựn sột bệ phản áp NềN ĐắP Hỡnh 5.38 B phn ỏp 210 bệ phản áp TI LIU THAM KHO GS.TS Châu Ngọc Ẩn, “Nền móng”, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Mình, 2002; GS.TSKH Bùi Anh Định, PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc; “Nền móng cơng trình cầu đƣờng”; Nhà xuất xây dựng GS.TS-Vũ Cơng Ngữ, “Tính tốn Thiết kế móng nơng”; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1982; Vũ Cơng Ngữ, “Móng cọc phân tích thiết kế”; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006; Phan Hồng Quân, “Nền Móng”, Nhà xuất Giáo dục, 2006; GS.TS Lê Đức Thắng, “Tính tốn móng cọc”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1973; Nguyễn Đình Tiến, “Bài giảng Nền móng”, Trƣờng đại học xây dựng 2011; Braja M.Das, “Principle of Geotechnical Engineering”, 7th edition, Cengage Learing, 2010; 211 ... trình cách tồn diện, mặt học nó, có ý nghĩa quan trọng cán kỹ thuật xây dựng Nền Móng mơn học sử dụng tổng hợp kiến thức môn học khác nhƣ: Cơ học đất; Sức bền vật liệu; Cơ học kết cấu; Vật liệu... tƣợng ảnh hƣởng đến kết cấu bên Vấn đề đƣợc nghiên cứu tƣơng đối kỹ môn Cơ học đất Mơn học Nền Móng sử dụng kiến thức học đất đƣợc cụ thể hóa cho phù hợp với điều kiện thực tế đồng thời sử dụng... thiết kế móng; số phƣơng pháp thí nghiệm cọc tăng cƣờng Cuốn Giáo trình đƣợc dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên hệ cao đẳng, ngành công nghệ kỹ thuật xây dựng Cầu đƣờng Trƣờng Mặc dù tác