Giáo trình các phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm đất trong phòng (NXB đại học quốc gia 2019) võ phán, 373 trang

2019 | PDF | 373 Pages buihuuhanh@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Võ Phán (Chủ biên) Hoàng Thế Thao - Đỗ Thanh Hải - Tơ Lê Hương GIÁO TRÌNH CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG VÀ THÍ NGHIỆM ĐẤT TRONG PHÒNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH - 2019 MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Chương TIÊU CHUẨN KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT 1.1 Giới thiệu công tác khảo sát địa kỹ thuật 1.2 Các phương pháp khảo sát trường 1.3 Các phương pháp thí nghiệm phịng 9 18 19 Chương THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT) 2.1 Mục đích 2.2 Thiết bị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 2.3 Trình tự thí nghiệm xun tiêu chuẩn 2.4 Tính tốn kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 2.5 Ứng dụng kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 25 25 26 27 28 29 Chương THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH (CPT) 3.1 Mục đích thí nghiệm xuyên tĩnh 3.2 Thí nghiệm xun tĩnh 3.3 Thí nghiệm xun tĩnh CPTu (có đo áp lực nước lỗ rỗng) 3.4 Ứng dụng kết thí nghiệm xuyên tĩnh CPT CPTu 37 37 38 41 49 Chương THÍ NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG 4.1 Mục đích thí nghiệm bàn nén trường 4.2 Dụng cụ thí nghiệm bàn nén trường 4.3 Trình tự thí nghiệm bàn nén trường 4.4 Tính tốn kết thí nghiệm bàn nén trường 4.5 Ứng dụng kết thí nghiệm bàn nén trường 83 83 84 86 89 91 Chương THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH 5.1 Mục đích thí nghiệm cắt cánh 5.2 Thiết bị thí nghiệm cắt cánh 5.3 Trình tự thí nghiệm cắt cánh 5.4 Tính tốn kết thí nghiệm cắt cánh 5.5 Ứng dụng kết thí nghiệm cắt cánh 100 100 101 103 105 109 Chương THÍ NGHIỆM NÉN NGANG HỐ KHOAN 6.1 Mục đích thí nghiệm nén ngang 6.2 Thiết bị thí nghiệm nén ngang 6.3 Trình tự thí nghiệm nén ngang 6.4 Tính tốn thí nghiệm nén ngang 6.5 Ứng dụng thí nghiệm nén ngang 112 112 114 116 117 119 Chương THÍ NGHIỆM ĐO VẬN TỐC SĨNG TRONG NỀN ĐẤT 7.1 Mục đích thí nghiệm đo vận tốc sóng đất 7.2 Thiết bị thí nghiệm đo vận tốc sóng đất 7.3 Trình tự thí nghiệm đo vận tốc sóng đất 7.4 Tính tốn kết thí nghiệm đo vận tốc sóng đất 7.5 Ứng dụng kết thí nghiệm đo vận tốc sóng đất 132 132 134 136 138 138 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NỀN 8.1 Thí nghiệm xác định độ đầm chặt san lấp 8.2 Đo modun đàn hồi trường cần đo vòng Benkelman 8.3 Thí nghiệm xác định số CBR 8.4 Thí nghiệm đầm chặt đất 143 143 148 151 154 Chương THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ 9.1 Thí nghiệm xác định dung trọng ẩm 9.2 Thí nghiệm xác định độ ẩm 9.3 Thí nghiệm xác định tỉ trọng hạt đất 9.4 Thí nghiệm xác định thành phần hạt 9.5 Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo giới hạn chảy 161 163 165 168 173 191 Chương 10 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC 10.1 Thí nghiệm cắt trực tiếp 10.2 Tổng quan thí nghiệm nén ba trục 10.3 Thí nghiệm theo sơ đồ Khơng cố kết - Khơng nước (UU) 10.4 Thí nghiệm theo sơ đồ Cố kết - Khơng nước (CU) 10.5 Thí nghiệm theo sơ đồ Cố kết - Thốt nước (CD) 10.6 Nhận xét thí nghiệm nén ba trục 10.7 Một số ví dụ tính tốn thí nghiệm nén ba trục 10.8 Thí nghiệm nén cố kết 202 202 209 225 235 256 266 270 285 Chương 11 ỨNG DỤNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG VÀ HIỆN TRƯỜNG ĐỂ TÍNH TỐN BÀI TỐN HỐ ĐÀO SÂU 11.1 Các thông số mơ hình 11.2 Các mơ hình plaxis để mơ tốn hố đào thi cơng hố đào sâu 11.3 Ứng xử drained & undrained mơ hình plaxis 298 298 303 313 11.4 Ví dụ tính tốn phần mềm plaxis cho biện pháp thi công tầng hầm 315 TÀI LIỆU THAM KHẢO 358 LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG VÀ THÍ NGHIỆM ĐẤT TRONG PHỊNG” biên soạn làm giáo trình sử dụng cho sinh viên, học viên cao học ngành xây dựng cán làm công tác địa kỹ thuật Giáo trình giúp cho sinh viên, học viên cao học có kiến thức phương pháp khảo sát địa kỹ thuật trường như: thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm nén ngang, thí nghiệm bàn nén trường, thí nghiệm đo vận tốc song đất, thí nghiệm xác định tiêu - lý đất phòng thiết bị đại, nắm vững phương pháp thí nghiệm trường ứng dụng kết việc thiết kế - móng, đặc biệt việc thiết kế móng nơng móng cọc… khảo sát thông số đất để nhập vào phần mềm tính tốn thơng dụng Plaxis Trong lần xuất này, bên cạnh góp mặt thành viên tập thể tác giả, tài liệu cập nhật thêm kiến thức phương pháp tính tốn theo TCVN 9362:2012 TCVN 10304:2014, thí nghiệm nén ba trục số ví dụ tính tốn phần mềm Plaxis Giáo trình biên soạn cịn nhiều thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp học viên Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ địa chỉ: Bộ mơn Địa Nền móng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 028 38 636 822 Chủ biên PGS.TS Võ Phán CHƯƠNG Chương TIÊU CHUẨN KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT (TCVN 9363:2012) 1.1 GIỚI THIỆU CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT Vị trí cơng trình thăm dị trước tiên phải bố trí mặt theo tuyến Các yếu tố việc bố trí điểm thăm dị bao gồm: - Vị trí cơng trình thăm dị khơng gian (tức tọa độ cao độ điểm thăm dò); - Khoảng cách điểm thăm dò (độ dày lưới thăm dò); - Độ sâu khảo sát  Mặt thăm dị phải bố trí hợp lý, đảm bảo giải nhiệm vụ đặt với khối lượng cơng tác chi phí nhỏ Ở giai đoạn khảo sát sơ bộ, vào địa hình (thể đặc điểm địa mạo) để định vị trí cơng trình thăm dị Từ nghiên cứu cấu trúc địa chất đặc trưng cho yếu tố địa hình Sau nắm đặc điểm cấu trúc địa chất vùng, biết phân bố lớp đất, nước đất, số tượng địa chất đặc trưng, mức độ khơng đồng điều kiện địa chất cơng trình yếu tố định khối lượng thăm dò - Ở khu vực mà điều kiện địa chất cơng trình phức tạp, địa hình bị phân cắt mạnh, tượng tích tụ xói mịn diễn mạnh mẽ cơng tác khoan, đào với lưới thăm dò đan dày; - Ở khu vực có điều kiện địa chất đơn giản, địa hình tương đối phẳng, số lượng cơng trình thăm dò nhỏ Ở giai đoạn khảo sát chi tiết, cơng tác thăm dị thực cho cơng trình cụ thể phạm vi hạn chế, cần nghiên cứu đến thành phần, trạng thái vật lý tiêu học lớp đất đá theo diện tích phân bố độ sâu Để tiến hành chọn lựa phương án móng, phương án thi cơng cơng trình cần xác định tiêu tiêu chuẩn tính tốn lớp đất đá 10 TIÊU CHUẨN KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT Việc chọn lựa vị trí bố trí cơng trình xây dựng vào điều kiện địa chất cơng trình giai đoạn khảo sát sơ Ngồi ra, tùy thuộc vào loại hình cơng trình xây dựng, tiêu chuẩn xây dựng cho ngành quy định khối lượng trình tự cơng tác khảo sát cụ thể Trong tài liệu này, chủ yếu trình bày đặc điểm khảo sát cho loại cơng trình đặc trưng gặp khảo sát kỹ thuật thực tế 1.1.1 Cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp Khi bắt đầu nghiên cứu chi tiết, khu vực xây dựng cần có: mặt khu đất, mặt xây dựng tổng thể, đặc điểm nhà cơng trình thiết kế Việc nghiên cứu điều kiện địa chất cơng trình chi tiết cho khu đất xây dựng chọn tiến hành nhằm luận chứng cho thiết kế kỹ thuật Các tài liệu cần nghiên cứu phục vụ cho việc chọn lựa bố cục cơng trình khu đất, chọn kiểu thiên nhiên, kiểu móng, độ sâu kích thước móng Kết nghiên cứu cịn sử dụng để đánh giá độ ổn định cơng trình ước lượng độ lún xảy 1.1.1.1 Bố trí điểm thăm dị Vị trí điểm thăm dị bố trí theo trục móng, theo chu vi cơng trình bố trí theo mạng lưới cơng trình có diện tích lớn Trong trường hợp gặp chướng ngại vị trí hố khoan hố xuyên bố trí cách vị trí đặt móng tối đa 5m Trong cơng trình, phải có ba hố khoan xun theo hình tam giác xác định xác mặt phân lớp đất đá Trong trường hợp cơng trình nhỏ, khu vực khảo sát kỹ từ trước cần - hố khoan khảo sát Đối với cáccông trình XD DDCN, vị trí khảo sát địa kỹ thuật nơi chịu tác dụng tải trọng lớn, chẳng hạn vị trí chân cột cơng trình, vị trí chân cột đỡ cầu thang, vị trí hố khoan khơng nằm trọng tâm móng mà vị trí khảo sát cách tâm móng nhỏ 5m 1.1.1.2 Chiều sâu điểm thăm dò Cơ sở chọn chiều sâu điểm thăm dò theo hai yếu tố: - Chọn nông không đủ số liệu thiết kế; - Chọn sâu không kinh tế CHƯƠNG 11 Chiều sâu cơng trình thăm dò xác định phụ thuộc vào phạm vi ảnh hưởng cơng trình lên mơi trường địa chất xung quanh Chiều sâu khảo sát phải lớn phạm vi ảnh hưởng vùng Để thuận tiện cho việc ước lượng độ sâu khảo sát vào tải trọng cơng trình, xét trường hợp phân bố ứng suất móng băng đơn giản sau: móng băng có bề rộng b, với tải trọng cơng trình lên đáy móng p độ sâu 6b, ứng suất tải trọng ngồi xấp xỉ 0,1p (Hình 1.1) Do đó, trường hợp dự định thiết kế móng nơng cho cơng trình, ước lượng độ sâu khảo sát vào bề rộng móng dự kiến Thông thường, nên nghiên cứu mặt cắt địa chất tới độ sâu lớn nhiều so với phạm vi vùng ảnh hưởng Hình 1.1 Phân bố ứng suất tải trọng ngồi móng nơng móng sâu Độ sâu ảnh hưởng tải trọng cơng trình xác định theo điều kiện: zp =(0,10,2)bt (1.1) Ở đây: bt - ứng suất trọng lượng thân đất đá zp - ứng suất theo phương đứng tải trọng ngồi cơng trình 12 TIÊU CHUẨN KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT Lưu ý xét độ sâu đặt móng phạm vi khảo sát cần phải thêm giá trị độ sâu đặt móng Nếu móng dự định đặt sâu 2m chiều sâu khảo sát cần cộng thêm 2m Trong trường hợp cơng trình có tải trọng lớn, dự định sử dụng biện pháp móng cọc, đáy móng quy ước kể từ mũi cọc phạm vi ảnh hưởng tính từ độ sâu mũi cọc trở (Hình 1.1) Tránh trường hợp khảo sát không đến độ sâu cần thiết, thiết kế móng cọc khơng đủ kiện dùng cho tính tốn Khi cơng trình nằm khu vực phân bố đất có thành phần, trạng thái tính chất đặc biệt (bùn, cát chảy, đất lún ướt, đất đỏ bazan) cơng trình thăm dị phải khoan (xuyên) qua hết chiều dày lớp Trong trường hợp lớp đất có chiều dày lớn phải khảo sát đến độ sâu mà có mặt của loại đất đặc biệt không gây ảnh hưởng đến ổn định cơng trình xây dựng 1.1.1.3 Khối lượng điểm thăm dị Tùy vào loại cơng trình, phương án móng tính chất phức tạp địa chất khu vực xây dựng mà khối lượng điểm thăm dò bố trí Nhìn chung, việc chọn khối lượng điểm thăm dò thường dựa theo Tiêu chuẩn Xây dựng Ví dụ, theo TCVN9363: 2012 TIÊU CHUẨN KHẢO SÁT CHO XÂY DỰNG - KHẢO SÁT ÐỊA KỸ THUẬT CHO NHÀ CAO TẦNG, khối lượng công tác khảo sát dựa vào Bảng 1.1 Với độ phức tạp địa tầng chia thành ba cấp, trình bày ngắn gọn sau theo Bảng 1.2: Cấp I : Tầng đất có lớp nằm ngang nghiêng (i0,1) CHƯƠNG 11 360 Hình11.43 Thơng số cáp neo mơ hình plaxis THƠNG SỐ BẦU NEO Bầu neo sử dụng loại xi măng Portland PCB40 Vữa xi măng cần đảm bảo cường độ nén 21 Mpa để đảm bảo độ bám dính Bầu neo đường kính D = 0.133 m Khả giữ tải trọng giới hạn: Tu = π.Ds.Ls.qs (theo TA-95) Bầu neo mô phần tử “Embedded beam row” mô hình plaxis Hình11.44 Mơ hình bầu neo plaxis ỨNG DỤNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ TN… 361 TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC THI CƠNG TẦNG HẦM Bước 1: Thi công tường vây barrette, phụ tải hố đào kN/m2 20 kN/m2 Bước 2: Thi công đào đất đợt đến cao độ hệ neo lớp cao độ -3 m so với mặt đất tự nhiên Bước 3: Thi công hệ neo lớp cao độ -3 m so với MĐTN Bước 4: Thi công đào đất đợt đến cao độ hệ neo lớp cao độ -6.1 m so với mặt đất tự nhiên Bước 5: Thi công hệ neo lớp cao độ -6.1 m so với MĐTN Bước 6: Thi công đào đất đợt đến cao độ hệ neo lớp cao độ -9.1 m so với mặt đất tự nhiên Bước 7: Thi công hệ neo lớp cao độ -9.1 m so với MĐTN Bước 8: Thi công đào đất đợt đến cao độ hệ neo lớp cao độ 11.9 m so với mặt đất tự nhiên Bước 9: Thi công hệ neo lớp cao độ -11.9 m so với MĐTN Bước 10: Thi công đào đất đợt đến cao độ đáy bêtông lót móng cao độ -15 m so với MĐTN Hình11.45 Trình tự thi cơng mơ hình plaxis CHƯƠNG 11 362 Hình11.46 Mơ hình plaxis KẾT QUẢ TÍNH TỐN Bước & 4: Thi công hệ neo lớp cao độ -3 m so với MĐTN thi công đào đất đợt đến cao độ hệ neo lớp cao độ -6.1 m so với mặt đất tự nhiên ỨNG DỤNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ TN… 363 Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang tường vây Bước & 6: Thi công hệ neo lớp cao độ -6.1 m so với MĐTN thi công đào đất đợt đến cao độ hệ neo lớp cao độ -9.1 m so với mặt đất tự nhiên CHƯƠNG 11 364 Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang tường vây DW800 ỨNG DỤNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ TN… 365 Biểu đồ moment tường vây DW800 Biều đồ lực cắt tường vây DW800 Lực dọc lên neo Bước & 8: Thi công hệ neo lớp cao độ -9.1 m so với MĐTN thi công đào đất đợt đến cao độ hệ neo lớp cao độ -11.9 m so với mặt đất tự nhiên CHƯƠNG 11 366 Chuyển vị tổng ỨNG DỤNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ TN… Chuyển vị ngang tường vây DW800 Biểu đồ moment tườngvây DW800 367 CHƯƠNG 11 368 Biểu đồ lực cắt tường vây DW800 Lực dọc neo Bước & 10: Thi công hệ neo lớp cao độ -11.9 m so với MĐTN thi công đào đất đợt đến cao độ đáy bêtơng lót móng cao độ -15 m so với MĐTN ỨNG DỤNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ TN… Chuyển vị tổng Chuyển vị ngang tường vây DW800 369 CHƯƠNG 11 370 Biểu đồ moment tường vây DW800 Biều đồ lực cắt tường vây DW800 Lực dọc lên neo Bước 11: Tính hệ số an tồn tổng thể ỨNG DỤNG MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỪ KẾT QUẢ TN… Hệ số an toàn ∑Msf = 1.427 > [∑Msf] = 1.2 HÌNH ẢNH THI CƠNG THỰC TẾ 371 372 CHƯƠNG 11 358 TÀI LIỆU THAM KHẢO Arnold Verruijt, Soil Mechanics, Delft University of Technology, 2006 Atkinson, An introduction to the Mechanics of Soils and Foundations, John Willey, 1993 Bowles Joseph E., Foundation Analysis and Design, McGraw-Hill, 1996 Bùi Trường Sơn, Địa chất cơng trình, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2019 Các Tiêu chuẩn ASTM hành Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002 Das Braja M., Principles of Foundation Engineering, PWS-KentBoston, 1984 Eslami, A., and Fellenius, B H., 1997 Pile capacity by direct CPT and CPTu methods applied to 102 case histories Canadian Geotechnical Journal, Vol 34, No 6, pp 880 - 898 Jain, Soil Mechanics and Foundation Engineering, fifth edition, Nai Sarak, 2000 10 Mayne, P W., Kulhawy F, and Kay, J N., 1990 Observations on the development of pore water pressure during piezocone penetration in clays Canadian Geotechnical Journal, Vol 27, No 4, pp 418 - 428 11 Raj, Geotechnical Engineering, McGraw-Hill, 1995 12 Sanglerat, The Penetrometer and Soil Exploitation, Elsevier, 1972 13 Spangler, Soil Engineering, ITC-Pennsylvania, 1971 14 Spigolon, Civil Engineering PE Exam Depth Guide, McGraw - Hill, New York, 2001 15 Taylor, Fundamentals of Soil Mechanics, John Willey, 1948 16 TCVN 9362:2012 Các Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) hành 17 Terzaghi, Theoretical Soil Mechanics, Wiley, New York, 1940 18 Terzaghi, Theorical Soil Mechanics, John Willey, 1943 359 19 Terzaghi- Peck, Soil Mechanics in Engineering Practice, Wiley, New York, 1948 20 Viện thiết kế móng cơng trình ngầm (Liên Xơ cũ), Sổ tay thiết kế móng, NXB KH KT, Hà Nội, 1974 21 Wood, Soil Behaviour and Critical State Soil Mechanics, Cambridge U Press, 1994 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Võ Phán (Chủ biên) Hoàng Thế Thao - Đỗ Thanh Hải - Tô Lê Hương GIÁO TRÌNH CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG VÀ THÍ NGHIỆM ĐẤT... tĩnh, thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm nén ngang, thí nghiệm bàn nén trường, thí nghiệm đo vận tốc song đất, thí nghiệm xác định tiêu - lý đất phòng thiết bị đại, nắm vững phương pháp thí nghiệm trường. .. pháp thi công tầng hầm 315 TÀI LIỆU THAM KHẢO 358 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình “CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG VÀ THÍ NGHIỆM ĐẤT TRONG PHỊNG” biên soạn làm giáo trình sử dụng cho sinh viên, học