Bài giảng nền và móng chương 3 đào nguyên vũ

Xử lý nền đất yếu bằng hệ thống cọc tràm cừ tràm Trang 3 Trong vấn đề này xét đất yếu khi nén chặt lại thì hệ số rỗngthiên nhiên eo  eyc.Mặt cắt đứng của mẫu đất thí nghiệmChương 3NỀN

Trang 1

3.1 Xử lý nền đất yếu bằng hệ thống

cọc tràm (cừ tràm)

3.1.1 Tính Chất Cơ Lý

 Đỉnh cừ tràm sử dụng trong nền công

trình tốt nhất nằm dưới mực nước ngầm

ổn định, thấp hơn khoảng 200mm

 Đường kính phạm vi nén chặt:

D = md

Trong đó:

m: hệ số xét ảnh hưởng của đất yếu đối

với hiệu quả nén chặt;

Trang 2

Tên đất Á sét và sét

Trạng

thái IL = 0.25 ÷ 0.5Dẻo cứng IL = 0.5 ÷ 0.75Dẻo mềm ILDẻo chảy= 0.75 ÷ 1 ChảyIL >1

Hệ số m 3.1.2 Tính Toán Cừ Tràm

1 Xác định số lượng cừ tràm (mật độ cừ tràm trên một đơn

vị diện tích)

152

Chương 3

NỀN NHÂN TẠO

3.1 Xử lý nền đất yếu bằng hệ thống cọc tràm (cừ tràm)

3.1.1 Tính Chất Cơ Lý

Trang 3

Trong vấn đề này xét đất yếu khi nén chặt lại thì hệ số rỗngthiên nhiên eo  eyc.

Mặt cắt đứng của mẫu đất thí nghiệm

Chương 3

1 Xác định số lượng cừ tràm (mật độ cừ tràm trên một đơn

Trang 4

Chương 3

1.Xác định số lượng cừ tràm (mật độ cừ tràm trên một đơn

 Độ lún mẫu đất,

 Thay 1 đơn vị diện tích ứng với (S*1m) có thể dùng một sốlượng cừ tràm, n

 = 2 ÷ 3: hệ số xét đến khoảng trống giữa các cừ tràm

Cân bằng 2 phương trình trên,



m e

e

e h

40000

0 2

0

e d

Trang 5

32

e d

L







Theo kinh nghiệm thực tế: đối với đất yếu ở trạng thái dẻo

chảy đến chảy, bố trí cừ tràm theo lưới ô vuông thì L = (3÷4)d

Chương 3

1.Xác định số lượng cừ tràm (mật độ cừ tràm trên một đơn

Trang 6

[S]: độ lún cho phép.

Ha: phạm vi chịu nén

 Đất yếu dẻo mềm: bố trí 16 cây/1m2

 Đất yếu dẻo chảy: bố trí 25 cây/1m2

 Đất yếu chảy: bố trí 36 cây/1m2

)1

(

][

]

[1

0 0

e H

S e

e

S

H e

e e

a yc

Trang 7

3 Xác định khả năng chịu tải của cừ tràm

q = AR + Ff s

Trong đó:

A: diện tích tiết diện ngang của cừ tràm

R: khả năng chịu tải tự nhiên của đất nền dưới mũi (chân) cừ

tràm

F: diện tích nén chặt xung quanh cừ tràm

fs: lực ma sát bên giữa cừ tràm và đất nền

z: ứng suất tác dụng tại độ sâu z

: góc ma sát trong của đất xung quanh cừ tràm

Trang 8

3.2 ĐỆM CÁT

3.2.1 Phạm Vi Áp Dụng

 Sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bảohòa nước và có chiều dày nhỏ hơn 3m

 Đệm cát thường làm bằng cát hạt to, cát hạt trung hoặc phahai loại đó với nhau

Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau đây:

 Đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu đượctải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đấtthiên nhiên bên dưới

 Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình,đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất

158

Chương 3

Trang 9

3.2 ĐỆM CÁT

 Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải

trọng ngang tác dụng (vì cát trong lớp đệm sau khi được đầm chặt sẽ có lực ma sát lớn và có khả năng chống trượt).

 Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ được giảm bớt,

vì áp lực tính toán của đất nền tăng lên

Trong những trường hợp sau thì không nên sử dụng lớp đệm cát:

 Lớp đất yếu có chiều dày lớn hơn 3m thì khối lượng đào đấthoặc nạo vét sẽ tăng lên

 Mực nước ngầm cao và có áp thì cát trong lớp đệm có khảnăng di động, gây ra độ lún phụ thêm dưới móng công trình

Chương 3

Trang 10

Chương 3

NỀN NHÂN TẠO3.2 ĐỆM CÁT

3.2.2 Xác Định Kích Thước Lớp Đệm Cát

(dựa vào khả năng chịu tải của nền đất yếu hay dựa vào biểu đồ phân bố ứng suất dưới nền đất)

 Việc xác định kích thước lớp đệm cát một cách chính xác làmột bài toán phức tạp vì đệm cát và lớp đất yếu có tính chấthoàn toàn khác nhau

 Vì vậy, với mức độ thực tế cho phép, có thể xem lớp đệm cátnhư một bộ phận của đất nền, tức là đồng nhất và biến dạngtuyến tính

 Để đảm bảo cho lớp đệm cát ổn định và biến dạng trong giớihạn cho phép, thì phải đảm bảo điều kiện:

1 + 2 ≤ R ss tc

Trang 12

Trong đó:

• 1: ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất trêncode đáy móng và của đệm cát tác dụng trên mặt lớp đất yếu,

1 = *D f + đ *h đ

 và đ: dung trọng của đất và của lớp đệm cát

• Df và hđ: chiều sâu đặt móng và chiều dày lớp đệm cát

• 2: ứng suất do công trình gây nên, truyền trên mặt lớp đấtyếu, dưới đáy đệm cát

2 = K o *(o tc - *D f )

• Ko: hệ số (tra bảng) xét đến sự thay đổi ứng suất theo chiều

sâu, phụ thuộc vào m = 2z/b và n = a/b

z: chiều sâu kể từ đáy móng đến điểm đang xét ứng suất

162

Chương 3

Trang 13

a: chiều dài đáy móng

b: chiều rộng đáy móng

otc: ứng suất tiêu chuẩn trung bình dưới đáy móng

 Áp lực tiêu chuẩn ở trên mặt lớp đất yếu, dưới đáy lớp đệmcát được xác định theo công thức sau:

bc: chiều rộng móng quy ước, được xác định như sau:

• Đối với móng băng:

II II

ss II

c tc

tc o c

Trang 14

Chương 3

NỀN NHÂN TẠO3.2.2 Xác Định Kích Thước Lớp Đệm Cát

• Đối với móng chữ nhật:

II: dung trọng trung bình của lớp đất yếu ở dưới đáy đệm cát

II*: dung trọng trung bình của đất từ đáy đệm cát trở lên

cII: lực dính của đất nền ở dưới đáy đệm cát

N F

Trang 15

hss: chiều cao móng quy ước; h ss = D f + h đ

 Để đơn giản trong tính toán, chiều dày lớp đệm cát, hđ có thểxác định theo công thức gần đúng sau:

h đ = K*b

Trong đó:

K: hệ số phụ thuộc vào tỷ số a/b và R1/R2

R1: cường độ tính toán lớp đệm cát, có thể xác định bằng thínghiệm nén tĩnh tại hiện trường

R2: cường độ tính toán của lớp đất yếu nằm dưới lớp đệm cát,có thể xác định bằng thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường hoặctính toán theo c, 

Chương 3

Trang 17

 Chiều rộng đáy đệm cát xác định theo công thức:

b đ = b + 2*h đ *tg

Theo kinh nghiệm thiết kế, để đảm bảo được yêu cầu về ổn

định, thì góc truyền lực,  thường lấy bằng góc ma sát trongcủa cát ( = đ) hoặc có thể lấy trong giới hạn,  = 30 0 ÷ 45 0

 Độ lún, S dưới móng công trình được xác định theo công thức:

S = S 1 + S 2 ≤ S gh

Trong đó:

S1: độ lún của lớp đệm cát

S2: độ lún của các lớp đất nằm dưới lớp đệm cát

Sgh: độ lún giới hạn

Chương 3

Trang 18

Chương 3

(dựa vào vùng biến dạng dẻo)

Sơ đồ tính toán đệm cát dựa vào vùng biến dạng dẻo

Trang 19

Chương 3

NỀN NHÂN TẠO3.2.4 Xác Định Kích Thước Lớp Đệm Đất

Việc tính toán tương tự bài toán đệm cát, nhưng có vài lưu ý.

 Đối với nhà ít tầng có tải trọng trên móng băng dưới 15T/mvà tải trọng trên móng đơn dưới 60T, chiều dày đệm đất xácđịnh theo công thức,

Trong đó:

p: áp lực trung bình trên đất tại đáy móng

ps: áp lực ban đầu của đất nằm tiếp giáp đệm đất

b: chiều rộng móng

b p

p

p h

s

s đ





Trang 20

a, b: chiều dài, chiều rộng móng cần gia cố đệm đất.

ks: hệ số, xét đến đặc tính phân bố biến dạng ngang trong nền

Áp lực trung bình, p(kG/cm 2 ) Hệ số k s

2.5  3 0.35

Hệ số, k s

Trang 21

3.3 CỌC CÁT

Khi lớp đất yếu cần gia cố dày hơn 3m, thì nên dùng cọc cát đểgia cố nền Cọc cát thi công đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thì rấttốt vì nó có các tác dụng sau:

 Thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết, làm chocông trình lún nhanh đến ổn định

 Ép chặt nền đất, làm cho cường độ của đất nền tăng lên

Trong những trường hợp sau đây thì không nên dùng cọc cát:

 Đất quá nhão yếu (e > 1.1; I L > 1; E 0 < 3MPa), lưới cọc cát

không thể lèn chặt được đất

 Chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 2m

Chương 3

Trang 22

3.3.2 Tính Toán Cọc Cát

1 Xác định hệ số rỗng e nc của đất sau khi được nén chặt bằng cọc cát

 Hệ số rỗng enc của nền đất rời được xác định theo công thức:

e nc = e max – I D *(e max – e min )

Trong đó:

emax, min hệ số rỗng của cát ở trạng thái rời nhất, chặt nhất

ID: độ chặt của nền đất; ID = 0.7 ÷ 0.8;

 Hệ số rỗng enc của nền đất dính được xác định theo côngthức:

Trang 23

2 Xác định diện tích nền được nén chặt bằng cọc cát

Gọi, eo: hệ số rỗng tự nhiên của đất nền

Bố trí cọc cát và diện tích phạm vi nén chặt

Chương 3

Trang 24

2 Xác định diện tích nền được nén chặt bằng cọc cát

 Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều rộng mặt bằng của nền nénchặt thường lấy lớn hơn chiều rộng móng về các bên là 

a, b: chiều dài, chiều rộng đáy móng

 Tỷ lệ diện tích tiết diện của tất cả các cọc cát, Fc đối với diệntích đất nền được nén chặt, Fnc được xác định như sau:

Trang 25

3 Xác định số lượng cọc cát

Số lượng cọc cát cần thiết là:

fs: diện tích tiết diện ngang của cọc cát

Lưu ý: Số lượng cọc cát có thể tính theo công thức sau:

n s = N/q s

N: tổng tải trọng của công trình

qs: sức chịu tải của cọc cát, xác định theo công thức của BengtBrome (Thụy Điển),

q s = (d s L s + 2.25d s 2 )c u

ds: đường kính cọc cát, ds = 300  600

s

nc s

Trang 26

Chương 3

NỀN NHÂN TẠO3.3.2 Tính Toán Cọc Cát

3 Xác định số lượng cọc cát

Ls: chiều dài cọc cát

cu: lực dính không thoát nước của đất nền

4.Bố trí cọc cát

 Cọc cát thường được bố trí theo đỉnh lưới của hình tam giácđều

 Khoảng cách giữa các cọc cát có thể xác định theo công thức,

nc s

d L

e e

e d

L

95.0

195

.0

0

Trang 27

Trong đó:

: dung trọng của đất ở trạng thái tự nhiên (trạng thái trước khi được nén chặt).

nc: dung trọng của đất sau khi nén chặt bằng cọc cát

Gs, w: tỷ trọng và độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên

s: dung trọng của hạt đất

Chương 3

nc

s nc

nc

s nc

e w

w e

(

)

*01.01(

*1



Trang 28

Lưu ý: Nếu bố trí cọc cát theo lưới ô vuông, thì khoảng cách

giữa các cọc là,

nc

s

e e

e d

.0

Trang 29

5 Xác định chiều dài của cọc cát

Gọi Ls: chiều dài cọc cát

 Ls  phạm vi chịu nén, H a

 Móng hình chữ nhật, L s  2b.

 Móng băng, L s  4b.

 Khi chiều rộng móng, b  10m thì,

 L s  9m + 0.15b (khi đất nền là sét)

 L s  6m + 0.10b (khi đất nền là cát)

Chương 3

Trang 30

Chương 3

NỀN NHÂN TẠO3.3.3 Thi Công Cọc Cát

Cấu tạo mũi ống thép khi đóng và mở để thi công cọc cát

bằng phương pháp đóng hoặc rung

Trang 32

3.4.2 Những mối quan hệ cơ bản

 Vùng đất chịu ảnh hưởng xung quanh cọc vật liệu rời được coi

gần đúng bằng diện tích hình tròn tương đương.

 Đối với các cọc vật liệu rời bố trí theo sơ đồ tam giác đều,

hình tròn tương đương có đường kính hiệu quả là:

D e = 1.05S

Theo sơ đồ hình vuông:

D e = 1.13S

Trong đó: S – khoảng cách giữa các cọc vật liệu rời.

 Trụ đất hỗn hợp có đường kính, De gồm đất chịu ảnh hưởng

xung quanh và một cọc vật liệu rời được xem là một đơn

Trang 33

Đơn nguyên cọc - vùng đất ảnh hưởng và phân phối ứng suất

As: diện tích tiết diện ngang của cọc vật liệu rời

Ac: diện tích tiết diện ngang của đất yếu xung quanh cọc vậtliệu rời

3.4.2 Những mối quan hệ cơ bản

Chương 3

Trang 34

Tỷ diện tích thay thế:

184

c s

s s

A A

A a

a s 

Trong đó:

C1: hằng số phụ thuộc dạng bố trí cọc vật liệu rời

Nếu bố trí hình vuông: C1 = /4

Nếu bố trí hình tam giác đều:

 Sự phân bố ứng suất trong phạm vi một đơn nguyên đượcbiểu thị bằng hệ số tập trung ứng suất,  = s /c

32

Trang 35

Trong đó:

s: ứng suất tác động trên cọc vật liệu rời

c: ứng suất tác động trên đất yếu xung quanh cọc vật liệu rời

 Ứng suất trung bình:  = s a s + c (1 - a s )

 Quan hệ giữa ứng suất trung bình, ứng suất tác động lên cọcvật liệu rời và ứng suất trên đất yếu xung quanh cọc:

c: yếu tố giảm ứng suất, c  1

s: yếu tố tăng ứng suất, s  1

s

c s

1

[

])1(

1

[

Chương 3 NỀN NHÂN TẠO3.4.2 Những mối quan hệ cơ bản

Trang 36

Chương 3 NỀN NHÂN TẠO3.4.2 Những mối quan hệ cơ bản

Lưu ý:

s: góc ma sát trong của cọc vật liệu rời

c: lực dính của đất xung quanh cọc vật liệu rời

 Ứng suất tại chân cọc vật liệu rời, * = 9c u

(cu: lực dính không thoát nước của đất quanh cọc)

c

c s

s

sin1

a s  0.7 1

Hệ số tập trung ứng suất, 

Trang 37

Cơ chế tham gia chịu tải của cọc vật liệu rời

Chương 3 NỀN NHÂN TẠO3.4.3 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc vật liệu rời

Các giả thiết:

 Góc ma sát trong của đất dính

xung quanh cọc và lực dính

trong cọc vật liệu rời là không

đáng kể

 Cường độ của cọc vật liệu rời

và của đất dính được huy động

khi tham gia chịu tải

 Nhóm cọc được xem như chất

tải bởi móng cứng

Trang 38

Các thông số:

u s tb

s s

s tb

tb

u

c f

c

c a c

tg a tg

c

Btg D

)1

(

)(

245

22

1 0 3

Trang 39

Trong đó:

3: áp lực bị động của đất nền lên mặt bên của nêm trượt

: góc nghiêng của mặt trượt

ctb: lực dính trung bình của hỗn hợp đất - cọc trên bề mặt trượt

c: dung trọng bảo hòa hoặc dung trọng ẩm của đất dính

B: chiều rộng móng

Df: độ sâu chôn móng

cu: lực dính không thoát nước của đất quanh cọc

s: góc ma sát trong của vật liệu rời

tb: góc ma sát trong trung bình của hỗn hợp đất – cọc

Trang 40

Phương pháp tính lún của móng đặt trên nền hỗn hợp đất - cọcvật liệu rời như là nền tương đương đồng nhất có tỷ lệ giảm độlún, c như sau:

 Khi a s < 0.5,

 Khi a s  0.5,

Trong đó:

S: độ lún của hỗn hợp đất - cọc vật liệu rời

S0: độ lún của nền đất chưa cải tạo

 Tốc độ tăng lực dính của đất,

Chương 3 NỀN NHÂN TẠO3.4.4 Độ lún của hỗn hợp đất - cọc vật liệu rời

c

a

S S

S

11

sin





Trang 41

Chương 3 NỀN NHÂN TẠO3.4.4 Độ lún của hỗn hợp đất - cọc vật liệu rời

 Tốc độ tăng lực dính của đất,

Trang 42

3.5.1 Dẫn nhập

 Độ lún của công trình do biến dạng nén cố kết của nền đấtthường gây ra những hư hỏng cho nền móng và công trình

 Để giảm nguy cơ này, thường áp dụng biện pháp gia tải trên

nền đất để tạo độ lún trước, rồi dỡ tải đi và tiến hành xây

thường được dùng như giếng cát, bấc thấm,…v.v.

192

Chương 3 NỀN NHÂN TẠO3.5 GIA TẢI TRƯỚC

Trang 43

Sơ đồ phân tán áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian do cố kết

2

z

u C

Phương trình vi phân cố kết thấm theo phương thẳng đứng:

 Cvz: hệ số cố kết

w v

z vz

a

e

k C



)1

( 



Trang 44

 Nhân tố thời gian:

 Vì quá trình cố kết diễn ra theo sự phân tán áp lực nước lỗrỗng thặng dư, u nên độ cố kết U z = f(T vz ), tra bảng hoặc xác

định theo lời giải gần đúng của Casagrande, Taylor

(4

z vz

U



)100

log(

933

0781

Trang 45

Chương 3 NỀN NHÂN TẠO3.5.2 Gia tải trước kết hợp thiết bị thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng cát – The sand drain - SD)

Sơ đồ nguyên lý thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát

p

Đệm cát

Trang 46

1 Không xét vùng xáo động xung quanh SD

Sơ đồ gia tải trước kết hợp thiết bị thoát nước thẳng đứng là giếng cát

Trang 47

1.Không xét vùng xáo động xung quanh SD

Sử dụng sơ đồ biến dạng đều nhau, các giả thiết:

 Đệm cát sẽ cân bằng đáng kể các biến dạng không đềunhau

Chiều dày đệm cát, h đ = S + (0.3  0.5m)

S: độ lún của nền khi chưa có giếng cát

 Trong quá trình nén chặt nền đất, độ lún thực tế là đều nhau

 Sơ đồ tính toán phù hợp với điều kiện làm việc của nền đấtyếu bảo hoà nước, nén lún mạnh

Trang 48

u C

1 Không xét vùng xáo động xung quanh SD

Phương trình vi phân cố kết thấm được sử dụng cho các biếndạng đều nhau không có vùng xáo động

 Phần thấm xuyên tâm:

 Phần thấm thẳng đứng:

Lời giải các phương trình trên dựa trên định lý phân chia dòng chảy của N Carillo và phương pháp tích phân xác định.

2

z

u C

Trang 49

1.Không xét vùng xáo động xung quanh SD

Sau khi kết hợp hiệu quả thoát nước theo hai phương, nhận được

lời giải của N Carillo (1942) cho độ cố kết tổng hợp U zr :

U zr = 1 - (1 - U r )(1 - U z )

Trong đó:

Uz: độ cố kết theo phương thẳng đứng

Ur: độ cố kết theo phương xuyên tâm (phương ngang)

Tiêu đề	Nền nhân tạo; Xử lý nền đất yếu bằng hệ thống cọc tràm (cừ tràm)
Tác giả	Đào Nguyên Vũ
Chuyên ngành	Nền và móng
Thể loại	Bài giảng

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	650,94 KB