Nội dung của bài giảng trình bày về các khái niệm liên quan đến xử lý và gia cố đất nền, đệm cát, tính toán lớp đệm cát, một số vấn đề thi công lớp đệm cát, cọc cát, những tác dụng của cọc cát, các bước tính toán cọc cát, một số vấn đề thi công cọc cát, gia tải trước, tính toán trọng gia tải cho phép, tính toán cố kết đất nền, giếng cát gia tải trước, bấc thấm và cừ tràm.
4.1 KHÁI NIỆM Chương 4: Xử lý Gia Cố Đất Nền Đệm vật liệu rời (đá, sỏi, cát) Cọc vật liệu rời (cọc đá, cọc sỏi, cọc cát) Cọc đất vôi, đất xi măng Gia tải trước Giếng cát gia tải trước Bấc thấm Cừ tràm 4.2 ĐỆM CÁT - 4.2 ĐỆM CÁT Chiều dày lớp đất yếu < 5m; cơng trình vừa, nhỏ, nhà cơng nghiệp Dùng lớp đệm để thay toàn lớp đất yếu Làm tăng sức chịu tải đất (được thay lớp đất tốt hơn) Làm giảm độ biến dạng Làm tăng khả chống trượt có tải trọng ngang Ưu: sử dụng vật liệu địa phương, phương pháp thi cơng đơn giản Khuyết: thích hợp cho cơng trình nhỏ; cơng trình bên cạnh ao, hồ, sơng, biển cần phải có biện pháp ngăn ngừa tượng cát chảy Khi MNN cao dùng γ’ nên khơng hiệu Tính tốn lớp đệm cát Ntt Df h pgl α b hđ bđ σbt1 σz2 4.2 ĐỆM CÁT 4.2 ĐỆM CÁT Tính tốn lớp đệm cát Xác định hđ * Điều kiện 1: σbt1+ σz2 ≤ Rtc(Df + hđ) ≈ RII (Df + hđ) σbt1 = γ Df + γđ hđ σz2 : Ư/s tải trọng đáy lớp đệm σz2 = k0 pgl = k0 (p - γ Df) k0 = f (l/b, z/b) RII = - Để đơn giản hơn, ta chọn hđ kiểm tra lại đk1 đk2 - hđ chọn bề dày lớp đất yếu ≤ 3m m1m2 [ Abz γ + B( D f + hđ )γ * + Dc] b : bề rộng móng tính đổi z k tc - Móng băng: bz Tính tốn lớp đệm cát Xác định hđ * Điều kiện 2: S = Sđệm + Sđất ≤ Sgh N =∑ tc σ2 l - Móng chữ nhật: a = (l-b)/2 b z = Fz + a − a Fz = Xác định bđ Tính bề rộng đáy lớp đệm vật liệu rời với gải thiết góc truyền ứng suất nén đất α ≈ ϕđ = 30 ÷ 350 bđ = b + hđ tan300 ∑ N tc σ2 4.2 ĐỆM CÁT 4.3 CỌC CÁT Một số vấn đề thi công lớp đệm cát - Đào bỏ hết lớp đất yếu - Dùng loại cát hạt to, trung, hàm lượng chất bẩn ≤ 3% - Rải lớp dày 20 – 30cm, tưới nước vừa đủ ẩm (Wopt) đầm - Có thể thay cát loại đất tốt khác: cát pha sét lẫn sỏi, sỏi đỏ Tác dụng - Làm cho đất nén chặt lại nhờ hệ thống cọc cát - Tăng sức chịu tải đất - Giảm biến dạng, đặc biệt biến dạng không đồng - Tăng khả chống trượt cơng trình chịu tải ngang Ưu điểm - Tận dụng vật liệu địa phương (cát) - Thiết bị thi công đơn giản - Thời gian thi cơng (xử lí nền) nhanh Nhược điểm - Sử dụng hiệu cho cơng trình có tải trung bình Cơng trình có tải lớn vùng đất yếu lớn biện pháp không khả thi 4.3 CỌC CÁT 4.3 CỌC CÁT Các bước tính tốn cọc cát Xác định diện tích cần nén chặt - Nền sét Gs enc = (W p + 0,5 I p ) 100 γ w Fnc = lnc bnc lnc = l + 0,4 b bnc = b + 0,4 b enc = 0,7 ÷ 0,8, < e enc=ep=0,1MP Xác định hệ số rỗng nén chặt sau có cọc cát p=0,1MPa - Nền cát: enc = emax – D(emax – emin) Độ chặt tương đối D = 0,7 ÷ 0,8 thi cơng đóng ống tạo cọc - Dung trọng sau nén chặt γ nc = Gs (1 + 0,01W ) + enc 10 4.3 CỌC CÁT 4.3 CỌC CÁT Xác định khoảng cách cọc • Cọc bố trí theo lưới tam giác L = 0,952 d Xác định số lượng cọc cần thiết d + e0 e0 − enc p Fc : diện tích tổng cọc cát, fc : diện tích cọc cát 600 L nnc = Fc fc Fc = e0 − enc Fnc 1+ e0 fc = Fc e0 − enc = Fnc + e0 π d2 • Cọc bố trí theo lưới ô vuông d L = 0,886 d + e0 e0 − enc L 11 nc = e0 − enc Fnc 1+ e0 f c Thường chọn d = 20 ÷ 60cm, chọn bố trí cọc nằm ngồi phạm vi nén chặt 12 4.3 CỌC CÁT 4.3 CỌC CÁT Xác định chiều dài cọc lc cần thiết Kiểm tra điều kiện ổn định Chiều dài cọc phải ≥ chiều sâu vùng hoạt động lún (vùng chịu nén) phải thỏa mãn khả chịu tải lớp đất yếu S = Scc + Sđất ≤ Sgh σbt1+ σz2 ≤ Rtc(Df + lc) ≈ RII (Df + lc) Thường chọn lc = Hnén + 0,5m - Kiểm tra điều kiện ổn định đáy móng ptc ≤ Rtc(Df) ≈ RII (Df) ptcmax ≤ 1,2 Rtc(Df) ≈ 1,2 RII (Df) ptcmin ≥ - Kiểm tra điều kiện ổn định cọc cát σbt1+ σz2 ≤ Rtc(Df + lc) ≈ RII (Df + lc) Kiểm tra điều kiện biến dạng S = Scc + Sđất ≤ Sgh 13 14 4.3 CỌC CÁT 4.4 GIA TẢI TRƯỚC Một số vấn đề thi cơng cọc cát - Đóng ống thép xuống đất, nhồi cát đầm chặt, đồng thời rút ống thép lên; dùng ống thép tự mở đáy - Thi cơng phương pháp chấn động sau hạ ống thép tới độ sâu thiết kế, nhồi cát vào, cho máy chấn động rung khoảng 15-20ph, rút ống lên 0,5m, làm tương tự - Thi cơng phương pháp nổ mìn Tính tốn tải trọng gia tải cho phép để đất không bị phá hoại, p ≤ pgh p gh = R tc = m ( A b γ + B D f γ * + D c) p gh = RII = m1m2 ( A b γ + B D f γ * + D c) k tc Để đơn giản lấy ϕ = => A = 0, B = 1, D = 3,14 = π Pgh = π c Chiều cao lớp gia tải h = pgh / γ 15 4.4 GIA TẢI TRƯỚC 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC Tính tốn cố kết đất - Thích hợp cho cơng trình có kích thước đáy lớn: móng băng, băng giao nhau, móng bè, đường, đê đập… - Dùng cho nền: cát nhỏ - bụi bão hòa nước, đất dính bão hòa nước, bùn, than bùn… - Ưu điểm: + Tăng nhanh trình cố kết đất + Tăng khả chịu tải đất + Nền lún trước thoát nước & gia tải + Giảm mức độ biến dạng & biến dạng không đồng đất + Tăng khả chống trượt cơng trình chịu tải ngang - Nhược điểm: + Chỉ sử dụng hiệu cho công trình tải trọng trung bình chiều dày lớp đất yếu không lớn + Thời gian thi công (gia tải) lâu + Khơng hiệu cho đất có k < 10-8 cm/s p Biên thoát nước Biên thoát nước z h h 2h dz 1 h Cát thoát nước Nền đất không thấm Ut = 1− π2 e − π Tv Tv = Cv t h2 Tv = Cv = π Uv 16 + e1 k k = a γ w ao γ w 100 Khi Uv ≤ 60% => Khi Uv > 60%=> Tv = 1,781 – 0,933 log(100-Uv) 17 18 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC Cấu tạo giếng cát gia tải trước Gồm phận chính: hệ thống giếng cát, lớp đệm & phụ tải Phản áp hđệm = S + (30 ÷ 50) cm, chọn hđệm ≥ 0,5 m S: độ lún ổn định đất yếu Lớp đệm GIA TẢI TRƯỚC Tính toán giếng cát gia tải trước Chiều dày lớp đệm cát Xác định đường kính d khoảng cách giếng L h=2H Giếng cát L=2R - Thường chọn đường kính giếng cát d = 40 cm - Khoảng cách giếng cát L = ÷ m, chọn L = m z 2R Hướng thấm nước 2r kz kr kz 19 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC Uv,r = – (1 - Ur) (1 – Uv) kv (1 + e1 ) a γw Ut ≈ 1− cr = Tv = π2 e − kr (1 + e1 ) a γw π2 cv t H2 => Uv Tv (Sơ đồ ) Tr = cr t De2 => Ur 21 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC Uv,r : độ cố kết tổng hợp H = lg : chiều dài giếng cát (chiều dày vùng nước) R = L/2 : bán kính ảnh hưởng De : khoảng cách qui đổi giếng cát De = 1,13 S (sơ đồ hình vng) De = 1,05 S (sơ đồ tam giác đều) S : khoảng cách thực giếng cát r : bán kính giếng cát cv : hệ số cố kết theo phương đứng cr : hệ số cố kết theo phương bán kính (phương ngang) a : hệ số nén lún γw : trọng lượng riêng nước 22 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC - Lời giải Barron (1948) Tính độ lún theo thời gian St: St = U S∞ Tr U r =1 − exp − F ( n) - Xem không thay đổi: e1 − e2 h 1+ e1 S∞ = F (n) = 20 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC Tính tốn độ cố kết đất - Lời giải Carrilo (1942) cho độ cố kết tổng hợp Uv,r thấm đứng Uv thấm ngang Ur cv = Xác định chiều sâu giếng cát lg - Chiều sâu giếng cát lg ≥ Hnén (phạm vi chịu nén) - σbt1+ σz2 ≤ Rtc(Df + lg) ≈ RII (Df + lg) - lg ≥ 2/3 Hđy - Thường chọn lg = chiều sâu vùng đất yếu n2 n −1 Ln(n) − n −1 n2 n S= ∑ ao ∆p h i =1 n = R S ≈ r d S= 23 n β i =1 E ∑ ∆p h 24 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC Cho đất cố kết thường (OCR = 1) p + ∆p i C h S = ∑ c i log oi i =1 + e0 i poi n Một số vấn đề thi công giếng cát Trình tự thi cơng gần giống cọc cát Với chiều sâu giếng < 12m, dùng loại máy đào cần trục loại máy rung có lực kích từ 10-20T, thực tế hay dùng 14T Cho đất cố kết trước nặng (OCR > 1, po + ∆p ≤ pc ) S= p + ∆p Cs h log o + eo po Cho đất cố kết trước nhẹ (OCR > 1, po + ∆p ≥ pc) S= p + ∆p Cs h p Ch log c + c log o + eo p o + eo pc 25 26 4.6 BẤC THẤM 4.6 BẤC THẤM Lời giải Hansbo (1979) cho bấc thấm, nhựa thấm: 8T U r =1 − exp − r F cr = kr (1 + e1 ) a γw C t Tr = r De Cr = kh a0 γ w De : khoảng cách thiết bị nước De = 1,13 S (sơ đồ hình vuông) De = 1,05 S (sơ đồ tam giác đều) S : khoảng cách thực thiết bị thoát nước F = F(n) + Fs + Fr k d Fs = h − 1 Ln s k s dw biểu thị hiệu xáo trộn đất xung quanh thiết bị thoát nước dw = dw = 27 2(a + b) π ( a + b) (Hansbo, 1979) a: bề rộng, b: bề dày thiết bị thoát nước 28 4.7 CỪ TRÀM ds : đường kính vùng bị xáo trộn kết cấu đất xung quanh thiết bị thoát nước kh qw biểu thị hiệu khoảng cách thiết bị thoát nước dw : đường kính tương đương thiết bị nước 4.6 BẤC THẤM Fr = π Z ( L − Z ) D F (n) = Ln e − dw biểu thị hiệu sức cản thấm thiết bị thoát nước Z : khoảng cách từ mặt đất đến chổ kết thúc thoát nước qw : khả thoát nước gradient thủy lực 29 Chiều dài cừ : lc = ÷ m, đường kính dc = ÷ 10 cm Tính tốn cừ tràm cọc tiết diện nhỏ Chọn lc , dc ; thường chọn lc = ÷ m, dc = ÷ cm Xác định sức chịu tải cừ: - Theo vật liệu: Pvl = 0,6 fc Rn fc : diện tích tiết diện ngang cừ Rn : cường độ chịu nén dọc trục cừ - Theo đất nền: Ap q p A f Qa = s s + FS s FS p 30 4.7 CỪ TRÀM Qtc = mR fc Rp + u Σmf fi li Qa = Qtc /1,4 Qa = km (Rp fc + u Σmf fi li) ; km = 0,7 Hệ số mR , mf lấy cọc BTCT ca = 2/3 c ; ϕa = 2/3 ϕ => Chọn Pc = (Qa); Pc ≈ 0,4 T N + Qđ Tính số lượng cừ n = Pc n Thường chọn mật độ 16 cây/m2, 25 cây/m2, n0 = F 36 cây/m2, 49 cây/m2 Các phần lại tính tương tự cọc BTCT * Phần tính lún móng khối qui ước 2/3 lc 31 ... gia tải h = pgh / γ 15 4.4 GIA TẢI TRƯỚC 4.5 GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC Tính tốn cố kết đất - Thích hợp cho cơng trình có kích thước đáy lớn: móng băng, băng giao nhau, móng bè, đường, đê đập… -. .. đập… - Dùng cho nền: cát nhỏ - bụi bão hòa nước, đất dính bão hòa nước, bùn, than bùn… - Ưu điểm: + Tăng nhanh trình cố kết đất + Tăng khả chịu tải đất + Nền lún trước thoát nước & gia tải + Giảm... Tác dụng - Làm cho đất nén chặt lại nhờ hệ thống cọc cát - Tăng sức chịu tải đất - Giảm biến dạng, đặc biệt biến dạng không đồng - Tăng khả chống trượt cơng trình chịu tải ngang Ưu điểm - Tận dụng