Nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho công trình nhà từ 3 đến 6 tầng trên nền đất yếu ở quận 2 tp hcm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN TRUNG KIÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NỀN MĨNG HỢP LÝ CHO CƠNG TRÌNH NHÀ TỪ ĐẾN TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở QUẬN 2-TP.HCM LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG NĂM 2003 LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN MỞ ĐẦU 1.ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU : Trong phát triển đất nước , TP Hồ Chí Minh đóng vai trò quan trọng, phát triển hàng đầu, góp phần thúc đẩy phát triển nước Sự phát triển kinh tế - xã hội Thành Phố thúc đẩy hình thành nên khu dân cư , quận thành lập tạo Những điều tiền đề cho tiếp tục phát triển Thành Phố Trong số quận thành lập , quận hai nằm phía đông Thành Phố với diện tích khoảng 49,74km2 , dân cư khoảng 108.141 người ( 2000 ) Quy hoạch quận hai xem quy hoạch mẫu với : khu dân cư ( phường An Phú, An Khánh, Thảo điền, Thạnh mỹ Lợi, Bình Trưng đông , Bình trưng Tây …), khu công nghiệp ( phường Cát Lái ), khu dịch vụ trung tâm ( phường Thủ Thiêm, An Lợi Đông, Bình Khánh ), khu thể thao ( khu thể thao Rạch Chiếc ) Với định hướng phát triển khu đô thị tương lai , việc đầu tư xây dựng sở hạ tầng , khu dân cư phục vụ việc giãn dân hình thành cụm dân cư đô thị quận hai –TPHCM điều cần thiết phải làm Trong thiếu việc xây dựng chung cư từ đến tầng phục vụ nơi cho dân giải toả địa phương giãn dân từ trung tâm thành phố Quận hai – TPHCM nằm giáp sông Sài Gòn sông Đồng Nai , nằm khu vực đất yếu với chiều dày đất bùn sét trạng thái nhão đến dẻo chảy từ 10 đến 25m Do cần thiết nghiên cứu giải pháp móng hợp lý cho công trình nhà cao đến tầng quận hai –TPHCM XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU : - Nghiên cứu đề nghị giải pháp cấu tạo móng hợp lý cho công trình nhà từ đến tầng - Nghiên cứu chọn lựa phương pháp tính toán móng hợp lý cho công trình nhà từ đến tầng - Tính toán ứng dụng cho công trình cụ thể 3.HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI : - Tài liệu nghiên cứu cho công trình đất yếu - Thời gian thực đề tài ngắn _ LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN PHẦN I TỔNG QUAN _ LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1/ NHỮNG HIỆN TƯNG SỰ CỐ CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI : 1.1.1 Nhà A5 – Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội : Nhà tầng tường chịu lực, sàn gác panen bê tông cốt thép Toàn nhà có đơn nguyên ( I II ) tách rời khe lún xây dựng vào năm 1960 Từ 1991 trở đi, nhà A5 bị biến dạng nhiều, có nguy bị sập lúc , nên nhà trường định ngừng việc sử dụng đơn nguyên II để đảm bảo an toàn cho người Nghiên cứu đặc điểm địa kỹ thuật đất thấy địa chất phức tạp : Lớp đất trồng trọt dày trung bình 0.6m, thành phần sét pha màu nâu, lẫn nhiều rễ cỏ vật liệu vụn xây dựng ; Lớp sét màu tím , dẻo cứng – nửa cứng, chiều dày thay đổi, dày đạt 4.5m; tiêu lý xây dựng trung bình : W = 22.76%; ρ = 1.96T/m3 ; Il = 0.12 ; C = 0.46 Kg/cm2 ; ϕ = 20o ; a1-2 = 0.023 cm2/Kg vaø R = 3.3 Kg/cm2 Lớp sét màu nâu dẻo mềm, chiều dày thay đổi , chỗ dày đạt 2.5m ; tính chất xây dựng trung bình W = 28.6%; ρ = 1.86T/m3 ; Il = 0.6 ; C = 0.25 Kg/cm2 ; ϕ = 14o ; a1-2 = 0.043 cm2/Kg R = 1.6 Kg/cm2 Lớp bùn sét pha cát : lớp đất yếu vùng, màu xám đen , thành phần sét pha chứa vật chất hữu phân hủy chưa triệt để ; tính chất xây dựng trung bình W = 43.15%; ρ = 1.75T/m3 ; Il = 1.25 ; C = 0.12 Kg/cm2 ; ϕ = 6o ; a1-2 = 0.064 cm2/Kg vaø R = 0.71 Kg/cm2 Lớp sét pha cát xám xanh, dẻo cứng, nằm lớp bùn(4) , tính chất xây dựng trung bình : W = 23.50%; ρ = 1.96T/m3 ; Il = 0.2 ; C = 0.372 Kg/cm2 ; ϕ = 17o ; a1-2 = 0.023 cm2/Kg vaø R = 2.39 Kg/cm2 ca Nhóm nghiên cứu đưa nguyên nhân biến dạng công trình : Công trình tầng A5 trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội I khai thác ổn định vòng 30 năm liên tục Chứng tỏ, điều kiện bình thường giải pháp móng băng BTCT đặt lớp đất tốt số dày 4,0m có R= 3.3Kg/cm2 lớp đất _ LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN số dày 2m có R= 1.6 Kg/cm2 hoàn toàn đủ chịu lực cho công trình Sau năm 1990 nhà máy nước Mai Dịch vào hoạt động, mực nước đất khu vực vùng lân cận bị hút sâu cách mặt đất đáng kể Tầng bùn số có chiều dày thay đổi lớn, nên nước bị lún sụt không , làm cho đơn nguyên II nhà A5 vừa bị lún nhiều giữa, vừa bị lún xoắn góc đối diện qua đường chéo Hậu làm cho đơn nguyên bị biến dạng nghiêm trọng, vết nứt hai tường dọc nhà chạy suốt từ tầng đến tầng tạo với phương thẳng đứng góc 45o, độ mở rộng chúng đạt 5÷10cm viên gạch nằm hai bên vết nứt bị vò nát vụn chúng trượt lên Đầu panen sàn gần tụt khỏi tường, cửa không đóng mở được, gió cửa sổ bị vặn thành dạng vỏ đỗ, vửa trát trần bị rơi xuống thành mảng to Công trình bị sập lúc nên nhà trường định ngừng sử dụng đơn nguyên II nhà A5 không thời hạn Biện pháp xử lý : Nhóm chuyên gia địa kỹ thuật kết cấu công trình trường đại học Xây dựng Hà Nội sử dụng giải pháp cọc bê tông cốt thép, tiết diện 200x200 (mm) có chiều dày khác ép qua lớp 2,3 cắm sâu vào lớp đất tốt số nhờ kích thủy lực tải trọng công trình Kết xử lý chống lún đơn nguyên II- nhá A5 trường đại học Sư phạm Hà Nội sau : Trước xử lý chống lún , vòng chu kỳ quan trắc lún ( từ ngày 4-10-1992 đến ngày 14-02-1993 ) , độ lún mốc đo : + Tại mốc M26 có độ lún nhỏ :Smin = -0.9mm; + Tại mốc M17 có độ lún trung bình : Stb = -12,4mm + Tại mốc M16 có độ lún lớn : Smã = -25,2mm - - Sau xử lý chống lún móng cọc BTCT , vòng chu kỳ theo dõi lún ( từ ngày 15-3-1993 đến ngày 30-08-1993 ) độ lún mốc đo phát triển gần đồng nhau, tốc độ lún giảm đáng kể : Stb= 2mm/tháng 1.1.2 Công trình Bình Thạnh – TP Hồ Chí Minh : Công trình Bình Thạnh cao tầng, kết cấu khung BTCT chịu lực, đặt đất yếu gia cố cọc cừ tràm có chiều dài 4.5m Đất bùn sét yếu có chiều dày lớn, đến độ sâu 22m Sau xây xong cong trình , tốc độ lún đạt 1mm/ngày đêm Độ nghiêng công trình theo phương thẳng đứng 450mm Tại vị trí điểm C công trình có độ lún lớn toàn công trình bị nghiêng góc nửa nhà bên trái Kết đo lún điểm C vòng tháng ( _ LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN từ tháng 4/1993 đến tháng 10/1995) đạt trị số 300mm Công trình có nguy bị phá hoại lúc + 22.4 m ± 0.00 m - 2.00 m 4.5m Cọc cừ tràm - 22.0 m Bùn Sét Cát pha D 5.5 C 5.5 C 5.5 B A 4.2 4.2 4.2 Hình 1-1 Nhà chung cư tầng quận Bình Thạnh TPHCM Mặt 12.6x16.5(m) , cao 22.4m , tốc độ lún 1mm/ngày đêm Tổng độ lún 30cm Mặt cắt đứng công trình vị trí có độ lún lớn (C) Sau thời gian nghiên cứu , người ta rút nguyên nhân : _ LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN Giải pháp móng không thích hợp với điều kiện đất Bùn sét có chiều dày lớn, cọc cừ tràm ngắn Có tượng đất bị phá hỏng, biến dạng dẻo - Sự có mặt công trình xây dựng lân cận nằm bên phải nhà làm cho đất ûkhu vực có xu hướng tốt lên , cố kết tải trọng công trình có trước Giải pháp sửa chữa : - Tầng công trình gia cường nhằm tăng thêm độ cứng cho khung - Xây dựng hệ thống móng cho toàn công trình Các lỗ chờ để ép cọc neo thực ; - Cọc BTCT tiết diện 250x250mm dài 20m , lực ép đầu cọc 600KN; khả chịu tải cọc 300KN Khu vực bên trái nhà, nơi có độ lún lớn ép cọc trước; - Các cọc tiết diện giai đoạn bên phải khu nhà ép theo sơ đồ thiết kế ; - Liên kết cọc ép giai đoạn vào móng công trình ; - Quan trắc độ lún, dịch chuyển ngang đo độ nghiêng công trình ; - Khi độ lún hai khu vực cân bằng, công trình không bị nghiêng, cọc ép giai đoạn gắn kết với công trình ; - Sau năm gia cường, công trình ổn định dừng lún - 1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG THÀNH CÔNG TRONG VIỆC XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU: 1.2.1 Công trình Xi-lô Trà Nóc – Cần Thơ : Công trình xây dựng Cần Thơ , dùng để chứa ngũ cốc Công trình xi-lô có dạng chữ nhật , kích thước 110x25 m Toàn kết cấu bên gồm 16 ống kim loại đường kính 12m , cao 7m Các ống đặt bê tông cốt thép tải trọng phân bố lên bề mặt móng qua hộp vỏ mỏng Do mà tải trọng phân bố toàn đáy công trình Kết khảo sát địa chất khoan đến độ sâu 40 m sau : Lớp Dày 9,5m -9.5m C = 0,12 Đất sét dẻo , kg/cm2 màu xám , trạng thái nhão ϕ = 80 γ = 16kN/m3 e0 = 1.42 Cc = 0.46 Cv = 0,92x10-4 cm2/s _ LUẬN VĂN CAO HỌC Lớp Dày4.5m Học viên TRẦN TRUNG KIÊN Đất sét dẻo , lẫn cát , màu xám xanh, trạng thái nhão C = 0,11 Cc = kg/cm2 1.04 ϕ = 12 -14m γ = 18 kN/m e0 = 1.99 Lớp Đất sét dẻo , C = 0,08 Cc = Dày 5m lẫn cát , màu kg/cm2 xám xanh, ϕ = 13 0.97 -19m trạng thái nhão γ = 18kN/m e0 = 1.98 Lớp Đất sét , màu C = 0,12 Cc = 0.3 Dày 5m xám đen, trạng kg/cm2 thái dẻo mềm ϕ = 13 -24m γ = 18kN/m3 e0 = 1.2 Đất sét , màu C = 0,14 Lớp xám xanh đen, kg/cm2 Cc = Dày 5m trạng thái dẻo ϕ = 14 0.32 meàm -29m γ = 18kN/m e0 = 1.13 C = 0,21 Đất sét lẫn Lớp cát, màu xanh kg/cm2 Cc = Dày 5m đen, trạng thái ϕ = 12 0.31 nửa cứng -34m γ = 17,5 kN/m e0 = 1.14 Đất sét , màu C = 0,28 Lớp xám đen, trạng kg/cm2 Cc = Dày 6m Kết thúc thái nửa cứng ϕ = 12 0.46 khoan γ = 17kN/m -40m e0 = 1.37 Giả định tiêu giống lớp -50m Cv = 3,71x10-4 cm2/s Cv = 1,37x10-4 cm2/s Cv = 1,3x10-3 cm2/s Cv = 1,43x10-4 cm2/s Cv = 1,22.10-3 cm2/s Cv = 4,85x10-4 cm2/s Tính toán độ lún tổng cộng xi-lô đặt trực tiếp đất yếu : Công thức tính lún sau : ⎛ Cc ⎝ + eo Sf = ⎜⎜ ⎞ ⎛ p + Δp ⎞ ⎟⎟ * H a * log⎜⎜ o ⎟⎟ p o ⎠ ⎝ ⎠ Trong : Cc : số nén đất eo : hệ số rỗng đất _ LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN po : áp lực tiền cố kết đất yếu Δp : ứng suất trung bình tải trọng gây H a : chiều dày lớp đất tính lún Dựa công thức đơn vị thiết kế tính toán độ lún công trình đặt công trình trực tiếp lên đất yếu không gia cố xử lý đất yếu bên , kết tóm tắt bảng sau : C ci + e oi Lớp Hi (m) 9.5 4.5 Δpi = 60Ii x p oi + Δp i p oi 0.46 =0.19 + 1.42 1.04 =0.348 + 1.99 60x0.25x4= 60kPa 60x0.205x4 = 49kPa 28.5 + 60 =1.475 60 70.5 + 49 =1.593 75 0.97 =0.31 + 2.08 60x0.176x4 = 42kPa 104 + 42 =1.404 104 5 0.3 =0.136 + 1.2 60x0.154x4 = 37kPa 144 + 37 =1.257 144 5 0.32 =0.15 + 1.13 60x0.129x4 = 31kPa 184 + 31 =1.168 184 0.31 =0.145 60x0.112x4 = + 1.14 27kPa 223 + 27 =1.121 223 0.46 = + 1.37 60x0.1x4 = 21kPa 261 + 24 =1.092 261 0.46 = + 1.37 60x0.07x4 = 16.8kPa 317 + 16.8 =1.05 317 0.194 10 0.194 Độ lún tổng cộng Si ( m ) 9.5x0.19xlg 1.475 = 0.3 4.5x0.348xl g 1.593 = 0.32 5x0.315xlg 1.404 = 0.23 5x0.136xlg 1.257 = 0.07 5x0.15xlg 1.168 = 0.05 5x0.145xlg 1.121 = 0.04 6x0.194xlg 1.092 = 0.04 10x0.194xl g 1.053 = 0.04 ΣΔhI = 1.09m Độ lún tổng cộng xi-lô 1.09m , nhiều cần có biện pháp xử lý thích đáng _ LUẬN VĂN CAO HỌC Học viên TRẦN TRUNG KIÊN Đơn vị thiết kế chọn phương án xử lý đất yếu giếng cát , đắp đất gia tải bên chờ cho đất cố kết xong gần xong bỏ lớp đất gia tải xây dựng xi-lô lên Việc tính toán tiến hành theo toán đồ Osterberg Tính toán độ lún cho phương án khác : - Phương án : khoảng cách tim giếng cát L = 4m , đường kính giếng cát d = 0.40m , giếng cát bố trí thành hình tam giaùc D = 1.05 , L = 1.05x4 = 4.2m , n=4.2/0.4 = 10.5 - Phương án : khoảng cách tim giếng cát L = 3m , đường kính giếng cát d = 0.30m , giếng cát bố trí thành hình tam giác D = 1.05 , L = 1.05x3 = 3.15m , n = 3.15/0.3 = 10.5 - Phương án : : khoảng cách tim giếng cát L = 3m , đường kính giếng cát d = 0.40m , giếng cát bố trí thành hình tam giác D = 1.05 , L = 1.05x3 = 3.15m , n = 3.15/0.4 = - Phương án : : khoảng cách tim giếng cát L = 2.5m , đường kính giếng cát d = 0.30m , giếng cát bố trí thành hình tam giác D = 1.05 , L = 1.05x2.5 = 2.63m , n = 2.63/0.3 = Bảng tổng hợp độ lún phương án sau : Phương án L=4m, d=0.4m Cr Cr= Cr= 5Cv 10Cv = Cv naêm 25 80% 98% % 10 55% 83% thaùng % 0% 45% 67% tháng Thời gian cố kết t Phương án L=3m, d=0.3m Cr Cr= Cr= 5C 10Cv = Cv v 45 95 100 % % % 27 77 95% % % 17 42 86% % % Phương án L=3m, d=0.4m Cr Cr= Cr= 5C 10Cv = Cv v 57 100 100 % % % 30 83 100 % % % 22 70 91% % % Phương án L=2.5m, d=0.3m Cr Cr= Cr= 5C 10Cv = Cv v 60 100 100 % % % 35 90 100 % % % 20 75 95% % % _ ... 37 kPa 144 + 37 =1 .25 7 144 5 0 . 32 =0.15 + 1. 13 60 x0. 129 x4 = 31 kPa 184 + 31 =1. 168 184 0 .31 =0.145 60 x0.112x4 = + 1.14 27 kPa 2 23 + 27 =1. 121 2 23 0. 46 = + 1 .37 60 x0.1x4 = 21 kPa 26 1 + 24 =1.0 92 26 1 ... cứu giải pháp móng hợp lý cho công trình nhà cao đến tầng quận hai –TPHCM XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU : - Nghiên cứu đề nghị giải pháp cấu tạo móng hợp lý cho công trình nhà từ đến tầng - Nghiên. .. 0. 46 =0.19 + 1. 42 1.04 =0 .34 8 + 1.99 60 x0 .25 x4= 60 kPa 60 x0 .20 5x4 = 49kPa 28 .5 + 60 =1.475 60 70.5 + 49 =1.5 93 75 0.97 =0 .31 + 2. 08 60 x0.176x4 = 42kPa 104 + 42 =1.404 104 5 0 .3 =0. 1 36 + 1 .2 60 x0.154x4