chuyên đề nền móng phần 4 pps

Việc thiết kế mĩng mềm trên các khu vực đất yếu cho các cơng trình lớn cho phép chuyển vị lún lâu dài cần phải kết hợp phương pháp xử lý mĩng bằng cọc đất – xi măng với chất tải nén trướ

Hình IV.2 các dạng lưỡi khoan trộn đất với vôi – xi măng

Hình IV.3 Các trường hợp ứng dụng cọc đất trộn vôi – xi măng hiệu quả

Hình IV.4 Dạng cọc đất trộn – vôi và xi măng sau thời gian ninh kết

3.3.3 Ví dụ về công trình xử lý cọc xi măng đất

a Sơ đồ về thiết kế mĩng xi lơ

Tại Nhà Bè, các xi lơ cĩ đường kính 32.2m, cao 14m, chứa 10.000 m3 Tại Trà Nĩc, các xi lơ cĩ đường kính 34.0m, cao 14m, chứa 12.500 m3

Cáccọc được bố trí như sau: từ tâm ra 12.5 m bố trí xen kẽ cọc 7m và 20m theo lưới ơ vuơng với khoảng cách giữa các tim cọc là từ 75-115 cm Từ 12,5 m ra đến hết đường kính của mĩng được bố trí cọc 10m và 20 m xen kẽ theo dạng rẻ quạt với khoảng cách giữa các tim cọc là 50 cm

Tồn bộ khối mĩng được thiết kế và tính tốn cho lún S = S1 + S2 < 50 cm trong 15 năm Theo các nhà thiết kế tính tốn lún tức thời sẽ kết thúc ngay khi thử tải bằng nước là 5.7 cm và độ lún phần dưới khối mĩng là 40.6 cm Tải trọng làm việc của mĩng khi đưa vào sử dụng tại Nhà Bè là 1.3 kg/cm2, tại Trà Nĩc là 1.5 kg/cm2

b Tính chất cơ lý của đất nền

Khu vực Nhà Bè

Lớp 1: Đất đắp có bề dày 0.8 - 1.2 m - sẽ bóc bỏ khi xây dựng

Lớp 2: Bùn sét trạng thái chảy có bề dày từ 27 - 28m, đây là lớp đất được

xử lý để làm móng cho xi lô

Lớp 3: Than bùn đang phân huỷ màu xám nâu, dày từ 1 - 1.8 m

Các lớp bên dưới gồm sét và cát có sức chịu tải lớn không cần xử lý

Khu vực Trà Nóc

Lớp 1: Đất đắp có bề dày 1.0 - 1.1 m - sẽ bóc bỏ khi xây dựng

Lớp 2: Sét màu xám nâu, xám đen trạng thái dẻo cứng, bề dày 0.6 m Lớp 3: Bùn sét trạng thái chảy có bề dày từ 10.8 - 13.0 m, đây là lớp đất được xử lý để làm móng cho xi lô

Lớp 4: Bùn sét xen kẹp cát, dày từ 16.0 - 16.9, đây là lớp đất được xử lý

để làm móng cho xi lô

Các lớp bên dưới gồm sét và cát có sức chịu tải lớn không cần xử lý

c Chất lượng cọc đất - xi măng

Trong quá trình khảo sát, đã lấy mẫu đất ở độ sâu từ 0 - 25 m để làm thí nghiệm thiết kế Mac cho cọc với hàm lượng xi măng thay đổi khác nhau và chọn ra tỷ lệ xi măng và đất tích hợp như sau:

Hình 3a: Sau 14 ngày cường độ đạt 8.41 kG /cm2 Hình 3b: Sau 28 ngày cường độ đạt 8.67 kg/cm2

Cácthí nghiệm trên cọc thử ngay tại hiện trường bằng phương pháp xuyên cắt tiêu chuẩn (SCPT) đều cho kết thúc kết quả sau 22 ngày và 27 ngày

Về chất lượng cọc xi măng là rất tốt, chứng tỏ đất trong cọc đã được gia

cố tốt, đủ khả năng làm móng cho các kết cấu có tải trọng lớn được xây dựng bên trên

d Cơ sở lý thuyết tính toán

 Kiểm tra sức chịu tải của lớp đất yếu cần được xử lý bằng công thức:

R n = 1 (0.5DγNγ + γHN q + CN c )

FS

Trong đó: γ - Dung trọng tự nhiên của lớp đất

Rn: Cường độ chịu tải của đất nền D- đường kính móng

C - lực dính của đất nền

H - chiều dày tầng đất yếu

FS - Hệ số an toàn (lấy FS = 2)

Nγ, Nq, Nc – Thông số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền

 Kiểm tra cường độ chịu tải của cọc đất xi măng sau khi được gia cố :

R c = 2τ c + 3σ h

Với: Rc: Cường độ chịu tải của cọc

τc : cường độ kháng cắt của cọc dự kiến là 17.5 Tấn/m2

σh: Giá trị ứng suất ngang tác dụng lên thành cọc (thí nghiệm nén ngang)

 Cường độ chịu tải của toàn khối móng được gia cố :

R n = 1 (0.5DγNγ + γHN q + CN c )

FS

Trong đó: γ - Dung trọng tự nhiên của lớp đất

Rn: Cường độ chịu tải của đất nền D- đường kính móng

C - lực dính của đất nền

H - chiều dày tầng đất yếu cần xử lý (H= 20m và H = 25m)

FS - Hệ số an toàn (lấy FS = 2)

Nγ, Nq, Nc – Thông số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền

Các kết quả sau khi tính toán được ghi trong bảng 2 dưới đây:

Bảng 2: So sánh ứng suất tác dụng và cường độ chịu tải của đất nền và cọc

Ứng suất tác dụng (tấn/m2)

Cường độ chịu tải (tấn/m2)

e Quá trình thực hiện

Phương pháp xử lý bằng cọc đất - xi măng khá đơn giản: bao gồm một máy khoan với hệ thống lưới có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế và các xi lô chứa xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm2 Các máy khoan của Thuỵ Điển và Trung Quốc có khả năng khoan sâu đạt đến 35 m và tự động điều chỉnh định vị cần khoan luôn thẳng đứng Trong quá trình khoan lưỡi được thiết kế để trộn đầu đất và xi măng, xi măng khô được phun định lượng liên tục và trộn đều tạo thành những cọc đất - xi măng đường kính 60 cm Thời gian khoan cho một bồn có đường kính 34 m từ

45 - 60 ngày

Sau khi khoan xong toàn bộ diện tích móng, các cọc đất được đào hở đầu cột và làm bằng phẳng Vải địa kỹ thuật được trải lên trên để phân bố tải trọng đều cho móng Xây dựng các mốc chuẩn và các mốc đo theo dõi lún

Quá trình tiếp theo là chất tải Việc chất tải nén trước và theo dõi lún tuân thủ theo quy trình quy phạm tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam

Phương pháp gia tải nén trước nhằm các mục đích:

- Tăng cường sức chịu tải của đất nền và khối móng

- Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền và tồn bộ khối mĩng cĩ

độ lún ổn định trong thời gian ngắn

f Gia tải nén trước

Giai đoạn 1: Chất tải thử ở tâm mĩng với đường kính 12m, chiều cao tải

7.8 m tương đương với tải trọng 14.04 tấn/m2

vượt khoảng 8% so thiết kế Bố trí

5 điểm đo theo dỗi lún, độ lún trung bình 57.4 cm Độ lún vượt so với tính tốn của thiết kế Do đĩ phải thực hiện chất tải giai đoạn 2

Giai đoạn 2: Chất tải tồn bộ diện tích mĩng với chiều cao tải 7.8 m Bố

trí 13 mốc đo theo dõi lún Kết quả sau thời gian chất tải và theo dõi độ lún kéo dài 4 tháng, độ lún trung bình của tồn khối mĩng là 103.65 cm Đến khi kết thúc theo dõi lún thì tốc độ lún giảm xuống cịn 1.9 mm/ngày đêm

g Nhận xét và khả năng áp dụng

Việc thiết kế mĩng mềm trên các khu vực đất yếu cho các cơng trình lớn cho phép chuyển vị lún lâu dài cần phải kết hợp phương pháp xử lý mĩng bằng cọc đất – xi măng với chất tải nén trước

Về hiệu quả kinh tế: nếu sử dụng phương pháp cọc bê ong ép hoặc cọc khoan nhồi thì rất tốn kém do tầng đất yếu bên trên dày gần 30m Sử dụng phương pháp cọc- đất xi măng tiết kiệm cho mơi mĩng xi lơ khoảng 600 triệu đồng

Phương pháp xử lý đất yếu bằng cọc đất – xi măng sử dụng cho đất yếu

cĩ kết hợp gia tải nén trước là phù hợp và nhất là trong đất yếu cĩ xen kẹp các lớp cát mịn như khu vực Trà Nĩc Tuy nhiên cần phải theo dõi và nghiên cứu để đưa ra phương pháp tính tốn hợp lý trong thiết kế

3.4 NÉN TRƯỚC BẰNG TẢI TRỌNG TĨNH

3.4.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng

Nén trước bằng tải trọng tĩnh sử dụng trong trường hợp gặp nền đất yếu như than bùn, bùn, sét và sét pha dẻo nhão… Mục đích của gia tải trước là :

- Tăng cường sức chịu tải của đất nền

- Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho lún ổn định nhanh hơn Muốn đạt được mục đích trên, người ta dùng các biện pháp sau đây :

- Chất tải trọng bằng cát, sỏi, gạch, đá… bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự định xây dựng để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng

- Dùng giếng cát (biện pháp ở phần trên) hoặc bản giấy thấm để thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

3.4.2 Điều kiện về địa chất công trình

Để đạt được mục đích nén chặt đất và nước trong lỗ rỗng thoát ra, điều kiện cơ bản là phải có chỗ cho nước thoát ra được Những sơ dồ về địa chất sau đây được xem là phù hợp cho phương pháp này :

a Sơ đồ theo hình 4.5a : khi bị ép, nước sẽ bị ép xuống lớp cát bên dưới

b Sơ đồ theo hình 4.5b : khi bị ép, nước sẽ bị ép theo hai hướng lên trên và xuống lớp cát bên dưới

c Sơ đồ theo hình 4.5c : khi bị ép, nước sẽ thoát theo hướng lên lớp cát phía trên

Để đạt được hiệu quả tốt, chiều dày lớp đất yếu nên được hạn chế hđy 

3m

Đất đắp đất trồng trọt Đất yếu

Cát

Cát Đất yếu

Cát

Đất sét Đất yếu

Cát

Hình 4.5 Các điều kiện địa chất công trình để dùng phương pháp gia tải nén trước không

dùng giếng thoát nước

3.4.3 Tính toán gia tải trước

Lựa chọn áp lực nén trước như sau :

+ Dùng áp lực nén trước bằng đúng tải trọng công trình sẽ xây dựng + Dùng áp lực nén trước lớn hơn tải trọng công trình (khoảng 20%) để tăng nhanh quá trình cố kết, không nên chọn quá lớn sẽ làm cho nền đất bị phá hoại

Độ lún dự tính của nền đất yếu dưới tác dụng của tải trọng nén trước được xác định theo công thức kinh nghiệm sau :

t

t S

St







Trong đó :

St : độ lún dự tính trong thời gian t nào đó;

t : thời gian nén trước;

 : hệ số kinh nghiệm xác định theo công thức :

1 1 t

t t

SS 



Trong đó :

S : độ lún ổn định trong quá trình nén trước, xác định theo quan trắc thực tế

1 t 1 2 t 2

1 2 S

t S t

t t S





ở đây, St1 và St2 là độ lún quan trắc ở thời điểm t1 và t2

3.4.4 Biện pháp thi công

Có hai cách gia tải nén trước :

- Chất tải trọng nén trước ngay trên mặt đất, tại vị trí sẽ xây móng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún ổn định, sau đó dỡ tải và đào hố thi công móng

- Có thể xây móng, sau đó chất tải lên móng cho lún đến ổn định, sau đó dỡ tải và xây các kết cấu bên trên

Lưu ý chất tải tăng dần theo từng cấp Mỗi cấp khoảng 15 – 20% tổng tải trọng Cần tiến hành theo dõi, quan trắc độ lún để xem độ lún có đạt yêu cầu không, nếu không đạt cần có biện pháp tích cực hơn để nước tiếp tục thoát ra

3.5 GIẾNG CÁT

3.5.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng

Giếng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hòa nước, có tính biến dạng lớn… khi xây dựng các công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền đường, sân bay, bản đáy các công trình thủy lợi…

Giếng cát có hai tác dụng chính :

- Giếng cát sẽ làm cho nước tự do trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải vì vậy làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình nhanh đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

- Nếu khoảng cách giữa các giếng được chọn thích hợp thì nó còn có tác dụng làm tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên

Những điểm giống và khác nhau giữa giếng cát và cọc cát :

- Kích thước (đường kính và chiều dài) tương tự như nhau, nhưng khoảng cách giữa các giếng cát thì lớn hơn cọc cát

- Nhiệm vụ của chúng khác nhau :

+ Cọc cát làm chặt đất là chính, làm tăng SCT đất nền, thoát nước lỗ rỗng là phụ

+ Giếng cát để thoát nước lỗ rỗng là chính, tăng nhanh quá trình cố kết, làm cho độ lún của nền nhanh chóng ổn định Làm tăng sức chịu tải của nền là phụ

3.5.2 Tính toán và thiết kế giếng cát

Cấu tạo của giếng cát gồm có ba bộ phận chính (hình vẽ) là hệ thống các giếng cát, đệm cát và lớp gia tải

a Đệm cát :

Có nhiệm vụ tạo điều kiện cho công trình lún đều, Chiều dày lớp đệm cát tính theo công thức kinh nghiệm :

Trong đó :

hđ : chiều dày lớp đệm cát;

S : độ lún tính toán của nền đất

Cát làm lớp đệm thường sử dụng cát hạt trung hoặc hạt to

Tầng không thấm nước

Đất yếu

Đệm cát q

Giếng cát

L

L d

Cấu tạo giếng cát trên mặt bằng.

Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo giếng cát

b Lớp gia tải :

Xác định chiều cao của lớp gia tải :

h =

γ

Trong đó :

 : áp lực do tải trọng ngoài

Và :  Rtc hay qat

Rtc tính với đất yếu  = 0 và đất đắp ngay trên mặt nên h = 0; vì vậy Rtc

= c Nếu điều kiện trên không thỏa mãn thì phải đắp lớp gia tải nhiều lần hoặc dùng bệ phản áp

π

γ π













2 -ctg

) 2c.ctg h

c Giếng cát :

Đường kính giếng cát tốt nhất dc = 35 - 45cm, chiều dài của giếng thường lấy bằng chiều sâu chịu nén cực hạn của đất nền dưới móng :

+ Móng đơn : lg  2 – 3b (b : chiều rộng móng)

+ Móng băng : lg  4b

+ Móng bè :

- Nếu nền đất yếu có gốc là đất loại sét, thì : lg 9m + 0,15b

- Nếu nền đất yếu có gốc là đất loại cát, thì : lg 6m + 0,10b Khoảng cách giữa các giếng cát : Khoảng cách giữa các giếng cát phụ thuộc vào đường kính giếng cát cũng như tốc độ cố kết của nền đất Theo kinh nghiệm, khoảng cách giữa các giếng trong khoảng 1,0 – 5,0m

d Tính biến dạng của nền :

- Độ lún của nền đất yếu khi chưa có giếng cát :

h

S

1đ

2đ 1đ e

1 e

e





sau khi có tải trọng

h : chiều dày lớp đất yếu có giếng cát

Khi nền đất có nhiều lớp khác nhau thì dùng phương pháp tổng độ lún để xác định

- Độ lún của nền đất yếu khi có giếng cát có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của Evgênev :

h

o 1 p o

gc eee  Ld 



(4.16)

Trong đó :

eo : hệ số rỗng của nền đất ở trạng thái tự nhiên;

ep : hệ số rỗng của nền đất khi có tải trọng ngoài;

dc : đường kính giếng cát;

L : khoảng cách giữa các trục giếng cát;

h : chiều dày lớp đất có giếng cát

- Độ lún theo thời gian :