DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 CHƯƠNG II DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Vấn đề địa chất cơng trình vấn đề bất lợi mặt ổn định, mặt kinh tế khả xây dựng sử dụng cơng trình, phát sinh điều kiện địa chất cơng trình khơng đáp ứng yêu cầu làm việc bình thường cơng trình.Khi khảo sát địa chất cơng trình, việc dự báo vấn đề địa chất cơng trình có ý nghĩa quan trọng Nó cho phép biết vấn đề bất lợi điều kiện địa chất công trình đến việc xây dựng cơng trình cụ thể, từ đưa giải pháp thích hợp để khắc phục, đảm bảo cơng trình xây dựng kinh tế ổn định lâu dài 2.1.Đặc điểm cơng trình xây dựng Cơng trình xây dựng nhà ở khu di dân giả phóng mặt bằng thuộc phường Phu Thượng, quận Tây Hồ, Hà Nội Thông số xây dựng cơng trình sau:-Nhà A3: tầng có tải trọng 210 tấn/trụ 2.2 Phân tích khả phát sinh vấn đề địa chất cơng trình Qua việc nghiên cứu đánh giá điều kiện Địa chất cơng trình nhà ở khu di dân giải phóng mặt bằng thuộc phừng Phu Thượng, quận Tây Hồ, Hà Nội, chao thấy cấu truc ở không đồng Đất ở gồm lớp Bề dầy mỗi lớp có biến đổi Vì vậy xây dựng cơng trình phát sinh vấn đề địa chất cơng trình sau: + Vấn đề sức chịu tải đất nền; + Vấn đề biến dạng Như vậy vấn đề dự báo ĐCCT khu nhà A3 dự báo cụ thể vấn đề sau: 2.2.1 Vấn đề sức chịu tải đất Khi cơng trình xây dựng đất có sức chịu tải thấp, đất không đáp ứng điều kiện làm viêc bình thường cơng trình Việc đánh giá khả chịu tải đất cần gắn liền với quy mơ kết cấu cơng trình Kết đánh giá khả chịu tải lớp đất sở để lựa chọn giải pháp kết cấu móng lớp đặt móng cho cơng trình Với quy mơ, tải trọng thiết kế lớn tại vị trí xây dựng cơng trình có cấu truc đất chủ yếu lớp bùn sét ở nơng có chiều dầy lớn, sức chịu tải nhỏ Đối với tải trọng 210 Đồ án Môn học Địa chất cơng trình chun mơn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 tấn/trụ nhà A3 đặt móng nơng xảy tượng lun mạnh gây ảnh hưởng tới ổn định cơng trình 2.2.2 Vấn đề biến dạng đất Cơng trình xây dựng đất nền, đặc biệt đất có sức chịu tải thấp, thường phát sinh biến dạng lun Biến dạng lun đất vượt giới hạn cho phép gây biến dạng hư hỏng cơng trình Việc đánh giá khả biến dạng lun đặc biệt lun khơng đều, có ý nghĩa quan trọng việc tìm kiếm giải pháp kết cấu tốt nhất, đảm bảo ổn định lâu dài làm việc bình thường cơng trình Để đánh giá đặc điểm khả lun công trình cần đánh giá trình biến dạng lun theo thời gian Kết đánh giá biến dạng lun theo thời gian cho phép xác định tiến độ thứ tự thi cơng cơng trình hợp lý 2.3 Kiểm tốn vấn đề địa chất cơng trình Việc tính tốn dự báo vấn đề ĐCCT phụ thuộc vào đặc điểm cơng trình giải pháp móng cơng trình.Vì vậy trước tính tốn dự báo cần phải ḷn chứng giải pháp móng thiết kế sơ móng cơng trình để việc tính tốn dự báo cụ thể, xác đối với cơng trình 2.3.1.Luận chứng giải pháp móng cơng trình Nhà A3 tầng có tải trọng 210 tấn/trụ Trong giai đoạn khảo sát sơ tiến hành lỡ khoan khảo sát, ta lựa chọn trụ lỡ khoan K3 để phân tích lựa chọn giải pháp móng cho cơng trình ( lỡ khoan K3 lỡ khoan nằm phạm vi móng cơng trình ) Từ hình trụ lỡ khoan K3, ta có cấu tạo lớp đất sau Hình ảnh lỡ khoan k3 -Lớp 1: đất lấp có thành phần ở cát hạt nhỏ, dưới sét, sét pha lẫn phế thải xây dựng; -Lớp 3: sét pha màu nâu đỏ,xám vàng, loang lổ, trạng thái cứng; Phân bố ở độ sâu từ 3,0-15,2m, bề dày lớp 12,2 m lớp đất chịu tải khá, biến dạng trung bình R0 =2,83 kG/cm2 E0= 223,98 kG/cm2 Đồ án Môn học Địa chất cơng trình chun mơn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 -Lớp 4: sét pha màu hồng, trạng thái dẻo cứng; Phân bố ở độ sâu từ 14,2-16,4m, bề dày lớp 2,2m, lớp chịu tải trung bình, biến dạng yếu… R0 =2,02 kG/cm2 E0= 17,46 kG/cm2 -Lớp 6: cát pha màu nâu xẫm, trạng thái dẻo; Phân bố ở độ sâu 16,4-20,1m, bề dày lớp 3,7m, lớp có biến dạng trung bình khả chịu tải nhỏ R0 = 1.21 kG/cm2 E0=144.05 kG/cm2 -Lớp 7: sỏi sạn lẫn cát hạt trung màu xám vàng,trạng thái chặt Phân bố ở độ sâu từ 20,1-25m, bề dày trung bình lớp 4,9m, lớp có biến dạng nhỏ sức chịu tải lớn R0 = kG/cm2 E0=720 kG/cm2 Giải pháp móng 2.3.2 Thiết kế sơ móng 2.3.2.1 Lựa chọn kích thước đài cọc thông số cọc Căn vào địa tầng khu vực phức tạp lớp đất đá, tải trọng cơng trình 210 tấn/trụ, phần khu vực khảo sát bao gồm lớp sét cứng, dẻo cứng dẻo, lớp đất yếu có sức chịu tải thấp vậy lựa chọn giải pháp móng nơng khơng hợp lí kĩ thuật, không đảm bảo khả biến dạng lun cơng trình Chính vậy tơi định lựa chọn giải pháp móng cọc, cọc sử dụng cọc Bê tơng đuc sẵn kích thước 30x30 cm, mũi cọc đặt tại lớp cắm sâu vào lớp 1,5m, sâu 21m Đài cọc lựa chọn ở độ sâu 2,5m; cọc ngàm vào đài 0,5m Vì vậy chiều dài cọc 19m, cọc thi công bằng phương pháp ép tĩnh  Bê tông Mac 300#,  Cốt thép CT-3 , cốt thép chịu lực Φ20, cốt thép đai Φ6  Mac bê tông làm đài 250# Tổng chiều sâu đặt cọc 21,5m Chiều dài cọc (tính phần cọc ngàm vào đài): l= 21- 2,5+ 0,5+ 1,5= 20,5m Theo quy phạm chiều dài cọc kích thước cọc phải thỏa mãn điều kiện: Đồ án Mơn học Địa chất cơng trình chun mơn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 L/d < 100 Trong đó: L: tổng chiều dài cọc L= 20,5m D: đường kính cọc d=0,3m Vậy ta có L/d = 20,5/0,3 = 68.33 thỏa mãn điều kiện 2.3.2.2 Tính tốn chi tiết Tính tốn sức chịu tải cọc  Xác định sức chịu tải cọc theo vật liệu làm cọc P = m.φ(Rbt.Fbt + Rct.Fct) (2.1) Trong đó: P - sức chịu tải cọc (T) m – hệ số làm việc cọc, lấy m=0,85 (tra bảng 3.1 giáo trình móng cơng trình) φ – hệ số chịu uốn dọc trục, phụ thuộc tỷ số L/d, φ= Rbt – cường độ chịu kéo giới hạn bê tông (tra bảng PL.1-13 giáo trình móng ) Rbt= 40% Mac bê tơng = 1200 (T/m2) Rct – cường độ chịu kéo giới hạn cốt thép chủ, (tra bảng PL.1-12 giáo trình móng) Rct = 2100 (kG/cm2) = 21000 (T/m2) -Fct – diện tích tiết diện ngang cốt thép chủ + Một thép chủ có Φ20 có tiết diện ngang : Fct (1 thanh)=π(Φ/2)2 =3,14.10-4 m2 + Chu vi lồng thép :C= 2r2 = 2.3,14.0,3 = 1,885 (m) (r2 bán kính lờng thép) + Bố trí cốt thép chịu lực cách 20cm Vậy số lượng cốt thép chịu lực là: N1= =9,425 Chọn N1 =10 Do tiết diện ngang tồn cốt thép chủ chịu lực cọc Fct= 10 3,14^-4 = 0.00314 (m2) -Fbt : tiết diện ngang bê tông cọc , Fbt= Fcọc- Fct Đồ án Mơn học Địa chất cơng trình chun mơn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 Fcọc = (rcọc)2 =3,14 0,32= 0,28 (m) Vậy Fbt= 0,28 -0,00314= 0,28 (m2) Thay số vào (2.1) ta được: P = 0,85.1.(1200.0,5 + 21000.0,00314) = 665,94 T  Xác định sức chịu tải cọc theo cường độ chịu tải đất Giả thiết ma sát xung quanh than cọc phân bố phạm vi lớp đất theo chiều sâu tiết diện ngang cọc Sức chịu tải cọc theo cường độ đất áp dụng theo công thức (đối với cọc ma sát, cọc chịu nén): Pđn = 0,7.m.(α1 α2.U.ili + α3.Fc.) (2.2) Trong đó: Pđn – sức chịu tải cọc theo đất (T) m – hệ số kiện làm việc cọc, m = 0,85 α1 – hệ số kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc, lấy theo bảng 3.2(Cơ đất móng),α1= 0,9 α2 – hệ số kể đến ma sát đất cọc, α2=1,0 α3 – hệ số ảnh hưởng việc mở rộng chân cọc đến sức chụi tải đất ở mũi cọc, tra bảng 3.4( Cơ đất móng), α3 = U – chu vi tiết diện ngang cọc, U = 2.3,14.0,4= 2,512 (m) li – chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua i –lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình mỡi lớp đất mà cọc xuyên qua Fc – diện tích tiết diện ngang cọc, Fc = 0,5 (m2) – cường độ đất dưới mũi cọc, tra bảng 3.6 (cơ học đất móng), = 1340 (T/m2) Khi xác định ma sát thành bên i theo cách tra bảng Sự phân chia tính tốn ma sát quanh cọc thể bảng sau Bảng 2.1 Bảng kết tính tốn lực ma sát trung bình Lớp Chiều sâu TB(m) 12,2 Độ sệt -0,01 Đồ án Môn học Địa chất cơng trình chun mơn i (T/m2) 6,80 li (m) 0,8 l (T/m) i i 1,4 Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 1,2 3,7 4,9 Tổng Thay số vào công thức (2.2): 0,48 1,02 3,64 5,15 5,57 10,4 11,8 7,8 41,3 6,3 56,8 Pđn = 0,7.0,85.(1,1.1.1,2.56,8+ 0,7.0,09.340) =57,4 (T) Để đảm bảo an tồn cho cơng trình tơi chọn sức chịu tải cọc theo giá trịtính tốnPđn = Ptt = 57,4 (T) Tính tốn xác định kích thước đài cọc, số lượng cọc cách bố trí cọc đài Hình dáng kích thước đài cọc phụ thuộc vào hình dáng kích thước đáy cơng trình, phụ thuộc vào số lượng cách bố trí cọc đài Theo quy phạm khoảng cách tim cọc đài r ≥ 3d ( với d đường kính cọc ) ta chọn r = 3d = 3.0,8 =2,4 (m) để tận dụng tối đa làm việc cọc đài Nếu thay tác dụng phản lực đầu cọc lên đế đài bằng tác dụng áp lực lên đáy đài áp lực xác định theo công thức: σtb = = = 115,61 (T/m2) Diện tích sơ đáy đài phải thỏa mãn điều kiện: n.P tc Fđ = σ tb − γ tb h Trong đó: γ tb γ tb - khối lượng riêng móng, = 2,0 ÷ 2,4(T/m ), lấy h – độ sâu đáy đài 2,5 m Ptc – tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đài, Ptc= 210 T n – hệ số vượt tải, lấy n=1,1 Vậy diện tích sơ đáy đài F đ = m2 Chọn diện tích đài cọc 1,92( m2)  Xác định số cọc đài Số lượng cọc đài xác định theo công thức: Đồ án Mơn học Địa chất cơng trình chun môn γ tb =2,2 (T/m3) Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 ∑N Ptt nc = β (2.4) đó:nc – số lượng cọc đài Ptt – sức chịu tải tính tốn cọc, Ptt = 665,94 T β - hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng tải trọng ngang moomen, β =1,1 ∑N - tổng tải trọng thẳng đứng tính đến cao trình đáy đài ∑N = Ptc + Gđ Trọng lượng đài đất phủ lên đài: γ tb Gđ =1,1.Fđ .h = 1,1.1,92.2,2.2,5=11,62 T Tổng tải trọng thẳng đứng: ∑N = 210 + 11,62 = 221,62 T Thay giá trị vào (2.4) ta được: nc = 1,1 = 4,7cọc Để đảm bảo an toàn chọn nc = cọc  Bố trí cọc đài Với nc= cọc tơi bố trí theo dạng hình vng hoa mai Đảm bảo điều kiện khoảng cách tim hai cọc liền kề không nhỏ 3d không nhỏ 0,7m( theo TCXD 205-98) Khoảng cách từ mép cùng cọc biên đến mép đài 7,5cm Sơ đờ bố trí kích thước hình vẽ: Đồ án Mơn học Địa chất cơng trình chun mơn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 Như vậy diện tích đài cọc thực tế = (2.3d.cos45 + d + 0.075)2 = 2,7 m2 Kiểm tra độ an toàn cọc đất nền: Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc Trọng lượng đài đất phủ lên đài thực tế: γ tb Gtt = n.Fđ h= 1,1 2,7 2,2 =13,07 (T) Tải trọng tác dụng lên cọc là: Pm = = = 48,6 (T) Ta thấy Pm 15 a=0 N50 Độ chặt tương đối Rất rời Rời Chặt vừa Chặt Rất chặt Bảng phân chia trạng thái đất loại sét theo N Số búa N30 30 Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 Dẻo mềm Dẻo cứng Nửa cứng Cứng 0,5 ÷ 1,0 1÷2 2÷4 4÷8 Thí nghiệm xun tĩnh (CPT): 3.2.6.2 Mục đích Thí nghiệm xuyên tĩnh ấn mũi xuyên vào đất nhờ lục ép tính Xuyên tĩnh phương pháp xuyên hiệu sử dụng để nghiên cứu đất ở trạng thái tự nhiên Các thông tin thu nhận từ xuyên tĩnh phong phu đạt độ xác cao Phương pháp xuyên tĩnh cho phép giải tốt nhiệm vụ địa chất công trình sau:  Phân chia chi tiết địa tầng thành lớp đất có chất lượng xây dựng khác nhau, đánh giá mức độ đồng đất nền;  Đánh giá độ chặt đất loại cát, trạng thái đất loại sét;  Xác định đượ số đặc trưng độ bền biến dạng đất nền;  Cho phép xác định chiều sâu lớp đặt mũi cọc Tài liệu xuyên tĩnh thường sử dụng để xác định sức chịu tải cọc Vị trí thí nghiệm Bố trí hố xuyên dọc theo chu vi cơng trình, xen kẽ với hố khoan khảo sát, hố xuyên X1 nằm cạnh HK1, hố xuyên X2 nằm cạnh HK4, hố xuyên X3 nằm cạnh HK3, hố xuyên X4 nằm cạnh HK6, hố X5 nằm cạnh HK9, hố X6 nằm cạnh HK8 Vị trí hố xuyên biểu diễn hình 3.1: Khối lượng thí nghiệm Tiến hành hố xun với mỡi hố xuyên dự kiến đến độ sâu 25m Vậy tổng số mét xuyên 150 (m) Thiết bị sơ đồ thí nghiệm: Hiện ở nước ta thường dùng loại thiết bị xun tĩnh hình kiểu Gouda (Hà Lan) chạy bằng động (xuyên máy) hay quay tay (xuyên tay) Thiết bị có thơng số kỹ tḥt sau: Mũi xun có góc nhọn mũi là: 60°; Đồ án Mơn học Địa chất cơng trình chun môn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 Đường kính đáy mũi xuyên: 35,7 mm; Tiết diện đáy mũi côn: 10 cm2; Tiết diện ống đo ma sát: 150 cm2; Đường kính cần xuyên : 35,7 mm; Đường kính lỡ cần: 16mm; Đường kính cần trong: 14 mm; Chiều dài cần trong: 1000mm; Tiết diện pitong đầu đo: + Xuyên máy: 20 cm2; + Xuyên tay; 10 cm2; Đồng hồ đo áp lực: + Đất yếu dùng đồng hồ loại: – 16 kG.cm2; + Đất có độ bền trung bình dùng đờng hờ loại: – 120 kG/cm2; + Đất tốt dùng đồng hồ loại: – 600 kG/cm2; Đặc tính kỹ thuật cần xuyên: + Lực ấn tối đa: 10 tấn; + Lực kéo tối đa: 14 tấn; + Vận tốc xuyên: cm/s; + Vận tốc kéo lên: 5cm/s Đồ án Mơn học Địa chất cơng trình chun mơn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 Hình 3.9: Sơ đồ thí nghiệm xuyên tĩnh CPT 1- Cọc neo; 2- Dầm; 3- Cần xuyên; 4,5- Đồng hồ đo áp lực; 6- Kích thủy lực; 7- Trụ định hướng Tiến hành thí nghiệm: Trước tiến hành xuyên tĩnh, cần kiểm tra tồn thiết bị, xác định xác vị trí xuyên đung thiết kế neo chắ vào đất, tránh để nhổ neo trình xuyên Tiến hành xuyên bằng cách tăng áp lực xuyên lên đầu cần xuyên Tốc độ hạ xuyên 2cm/s, Độ sâu hạ xuyên đo trực tiếp cần tự ghi Nếu điều kiện thiết bị cho phép trình xun, đo liên tục thơng số xun từ xuống Nếu thiết bị xuyên gián đoạn khoảng cách lần đo 20cm Quá trình xuyên phải liên tục, phép dừng xuyên để nối cần Khi xuyên phải thẳng, tránh xuyên chéo gây cong cần, kết xun khơng xác Các số liệu thí nghiệm ghi chéo vào sổ thí nghiệm tại trường: + Cột 1: Ghi độ sâu h (m) khoảng xuyên 20 cm; + Cột 2: Ghi số đọc sức kháng xuyên dưới mũi côn X (kG/ cm2) + Cột 3: Ghi số đọc sức kháng xuyên tổng Y (kG/cm2) Chỉnh lý tài liệu thí nghiệm Đồ án Mơn học Địa chất cơng trình chun mơn Nguyễn Thị Thủy Lớp ĐCTV- ĐCCT A K56 Trên sở số liệu thí nghiệm tại trường tiến hành tính tốn sức kháng nén mũi xun qc ma sát thành đơn vị fs ở độ sâu thí nghiệm: - Sức kháng mũi xuyên qc: + Đối với xuyên máy: qc = , kG/cm2; - Ma sát thành đơn vị fs: + Đối với xuyên máy: fs = , kG/cm2; Trong đó: Qc- lực tác dụng kích lên đáy mũi xuyên, kg; Fc – diện tích tiết diện đáy mũi xuyên, cm2; Qs – lực tác dụng lên ống đo ma sát, cm2; Fs – diện tích bề mặt ống đo ma sát, cm2; Tỷ sức kháng xuyên Fr: Fr = Bảng 3.16: Phân loại đất theo qc Fr (Theo TCVN 9352:2012) Loại đất Cát hạt thô trung Cát hạt mịn Cát bụi, cát pha Sét pha Sét Qc,kG/cm2 >90