Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém, dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể.. Chủ yếu có các khoáng chất ngu
Trang 1BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH
-oOo -
BÀI GIẢNG MÔN HỌC CHUYÊN ĐỀ XỬ LÝ NỀN MÓNG
30 tiết Biên soạn : TS Tô Văn Lận
Năm 2007
Trang 2MỤC LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO : 4
CHƯƠNG 1 5
NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU 5
1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU 5
1.1.1 Về định tính 5
1.1.2 Về định lượng 5
1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT YẾU 6
1.2.1 Đất sét yếu 6
1.2.1.1 Hạt sét và các khoáng vật sét 6
1.2.1.2 Liên kết cấu trúc và sức chống cắt của đất sét 7
1.2.1.3 Các đặc điểm khác của đất sét yếu 9
1.2.2 Đất cát yếu .10
1.2.3 Bùn, than bùn và đất than bùn .11
1.2.4 Đất đắp .12
1.3 CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU .12
1.3.1 Giải pháp kết cấu .12
1.3.2 Các biện pháp xử lý nền .12
1.3.3 Các giải pháp về móng .13
CHƯƠNG 2 13
BIỆN PHÁP KẾT CẤU KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 13
2.1 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU .13
2.1.1 Loại kết cấu tuyệt đối cứng .13
2.1.2 Loại kết cấu mềm .14
2.1.3 Sơ đồ kết cấu có độ cứng giới hạn .14
2.2 BỐ TRÍ KHE LÚN .15
2.3 THIẾT KẾ GIẰNG MÓNG VÀ GIẰNG TƯỜNG .17
2.3.1 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp đơn giản .17
2.3.2 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp của B.I Đalmatov .19
2.4 CẤU TẠO GỐI TỰA CỨNG .22
2.5 CHỌN LOẠI MÓNG VÀ CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG .22
2.5.1 Chọn loại móng .22
2.5.2 Chọn chiều sâu chôn móng .22
CHƯƠNG 3 24
CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ, CẢI TẠO ĐẤT NỀN 24
3.1 ĐỆM CÁT .24
3.1.1 Phạm vi áp dụng .24
3.1.2 Tính toán đệm cát .25
3.1.3 Thi công đệm cát .27
3.1.4 Trình tự thiết kế móng sử dụng đệm cát .28
3.2 CỌC CÁT .28
3.2.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng .28
3.2.2 Tính toán và thiết kế cọc cát 29
3.2.3 Thi công cọc cát .30
3.3 CỌC XI MĂNG TRỘN ĐẤT .31
3.3.1 Phạm vi áp dụng .31
3.3.2 Mô tả về công nghệ .31
3.3.3 Ví dụ về công trình xử lý cọc xi măng đất .34
3.4 NÉN TRƯỚC BẰNG TẢI TRỌNG TĨNH .38
3.4.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng .38
3.4.2 Điều kiện về địa chất công trình .39
Trang 33.4.3 Tính toán gia tải trước .39
3.4.4 Biện pháp thi công .40
3.5 GIẾNG CÁT .40
3.5.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng .40
3.5.2 Tính toán và thiết kế giếng cát .41
3.5.3 Thi công giếng cát .43
3.6 GIA CỐ NỀN BẰNG BẤC THẤM .43
3.6.1 Phạm vi áp dụng .43
3.6.2 Mô tả về công nghệ .43
3.6.3 Ứng dụng trong thực tế .44
3.7 GIA CỐ NỀN BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT .45
3.7.1 Gia cố nền đường 45
3.7.2 Gia cố tường chắn đất .46
CHƯƠNG 4 48
NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ MỘT SỐ LOẠI MÓNG CỌC 48
4.1 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI .48
4.1.1 Đặc điểm phạm vi áp dụng .48
4.1.2 Thiết kế móng cọc khoan nhồi 49
4.1.3 Thi công móng cọc khoan nhồi .57
4.1.4 Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi .67
4.1.5 Các sự cố thường gặp và cách xử lý .73
4.2 THIẾT KẾ MÓNG CỌC BARET .74
4.2.1 Khái niệm .74
4.2.2 Khảo sát địa chất cho thiết kế và thi công móng cọc barét .75
4.2.3 Sức chịu tải của cọc baret .76
4.2.4 Thiết kế cọc baret .78
4.2.5 Thiết kế đài cọc .81
4.2.6 Thi công cọc baret .83
4.3 TƯỜNG TRONG ĐẤT (TƯỜNG CỪ - TƯỜNG CỌC BẢN) .86
4.3.1 Khái niệm .86
4.3.2 Phạm vi áp dụng .86
4.3.3 Mô tả công nghệ .88
4.3.4 Thiết kế tường trong đất .89
4.4 THIẾT KẾ MÓNG CỌC TRÀM .92
4.4.1 Vật liệu cọc tràm .92
4.4.2 Đặc điểm, phạm vi áp dụng .93
4.4.3 Thiết kế móng cọc tràm .94
CHƯƠNG 5 98
CÔNG TÁC KHẢO SÁT TRONG XÂY DỰNG 98
5.1 MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG CỦA CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT .98
5.1.1 Mục đích .98
5.1.2 Nội dung chính của công tác khảo sát địa chất .98
5.1.3 Yêu cầu kỹ thuật (do người chủ trì kết cấu lập) .98
5.2 KHẢO SÁT CHO THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÓNG CỌC .99
5.2.1 Phương án kỹ thuật khảo sát .99
5.2.2 Nội dung khảo sát .99
5.2.3 Khối lượng công tác khảo sát 100
5.3 KHẢO SÁT CHO THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG 101
5.3.1 Thí nghiệm hiện trường 101
5.3.2 Thí nghiệm trong phòng 102
5.4 XỬ LÝ SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ THÍ NGHIỆM 102
5.4.1 Nguyên tắc chung 102
5.4.2 Xác định trị tiêu chuẩn và trị tính toán của đất 103
Trang 45.4.3 Yêu cầu về số lượng thí nghiệm các đặc trưng của đất 105
Tài liệu tham khảo :
1 Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân,
Nguyễn Hải; Những phương pháp xây dựng công trình trên nền
đất yếu NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1973
2 Nguyễn Văn Quảng; Nền móng nhà cao tầng NXB Khoa học và
kỹ thuật, Hà Nội, 2003
3 TCXD 45 : 1978, Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
4 TCXD 205 : 1998, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
5 TCXDVN 326 : 2004, Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và
nghiệm thu
6 TCVN 4419-1987, Khảo sát cho xây dựng
Trang 5Chương 1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU
1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU
Về đất yếu hiện nay có hai quan điểm dựa vào định tính và định lượng :
1.1.1 Về định tính
Đất yếu là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập…
Khái niệm này nói chung không chặt chẽ và không có cơ sở khoa học
1.1.2 Về định lượng
Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém, dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể
Khái niệm này được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học
+ Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi :
Lưu ý : + Dung trọng, (dung trọng tự nhiên), đất càng yếu thì dung trọng càng
nhỏ do chứa nhiều nước hoặc bùn, hữu cơ…
+ Hệ số rỗng : e là tỷ số giữa thể tích rỗng và thể tích hatï (V r / V h ) Hệ
số rỗng càng lớn thì đất càng yếu Cách xác định :
e = ( h / ) – 1 trong đó : h là trọng lượng hạt đất hay tỷ trọng ; là trọng lượng 1 đơn vị thể tích ở trạng thái khô
+ Độ ẩm : W - định nghĩa là tỷ số giữa trọng lượng nước và trọng lượng hạt (G n / G h )x 100% Độ ẩm càng lớn thì đất càng có nhiều nước
+ Độ bão hòa G được định nghĩa là tỷ lệ nước chiếm trong lỗ rỗng của đất, xác định như sau :
n
h r
n
e
W V
V
Khi G = 1 gọi là đất bão hòa, nước chiếm toàn bộ lỗ rỗng trong đất
Trang 6+ Dựa vào các chỉ tiêu cơ học :
Lưu ý : + E o càng nhỏ thì độ lún của đất càng lớn :
i i
i
E
p
S i
+ Hệ số nén a (
2 1 2 1
p
pe e
a ) với e 1 ; e 2 là hệ số rỗng của đất ứng với áp lực nén p 1 , p 2 Từ công thức cho thấy khi a càng nhỏ thì đất càng chặt hơn
hay hệ số rỗng thay đổi ít
1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT YẾU
Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp những loại đất yếu sau
đây : đất sét yếu; đất cát yếu; bùn; than bùn và đất than bùn và đất đắp
1.2.1 Đất sét yếu
1.2.1.1 Hạt sét và các khoáng vật sét
Trong đất sét gồm có 2 thành phần :
- Phần phân tán thô (gọi là những hạt sét) có kích thước > 0,002mm Chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục địa như thạch anh, fenspat,…
- Phần phân tán mịn (gọi là khoáng chất sét) bao gồm những hạt có
này quyết định tính chất cơ lý của đất sét Các khoáng chất sét thường gặp
+ Kaolinit :
đá phun trào, đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axit (pH = 5-6)
Đặc điểm của mạng tinh thể kaolinit là tương đối bền, ổn định và trương nở ít
+ Mônmôrilônit :
(1) Tên lấy theo tên của dãy núi cao ở Trung Quốc là Kaulinh
(2) Tên lấy theo tên của mỏ Montmorilon ở Pháp
Trang 7Công thức hóa học là (OH)4Si8Al4O20.nH2O; được thành tạo do phong hoá đá macma giàu Mg và các biến đổi thứ sinh khác) được tạo thành do phong hóa đá phun trào kiềm trong điều kiện môi trường kiềm (pH = 7-8,5)
Montmorilonit có mạng tinh thể kém bền vững và dễ sảy ra hiện tượng trương nở dưới dáy móng khi có mặt loại sét này Loại này thường dễ gặp ở vùng ven biển
+ Ilit :
Đại biểu của nhóm ilit là hyđrômica, có công thức là
yếu là trong môi trường kiềm Loại này không có khả năng trương nở hoặc trương nở rất ít
1.2.1.2 Liên kết cấu trúc và sức chống cắt của đất sét
Trong tự nhiên, đất loại sét luôn tồn tại 3 dạng liên kết cấu trúc, đó là : dạng chảy, dạng dẻo và dạng cứng (hình 1.1) Người ta chia thành hai loại :
- Liên kết mềm : lực liên kết chủ yếu là lực liên kết phân tử, từ tính Liên kết này mềm dẻo và có thể hồi phục sau khi bị phá hoại (liên kết thuận nghịch)
- Liên kết cứng : lực liên kết chủ yếu là liên kết ion, đồng hóa trị Liên kết này cứng, giòn, không hồi phục được khi bị phá hoại bằng cơ học (liên kết thuận nghịch)
Về lực dính của đất sét, một số nhà khoa học đã kiến nghị chia lực dính tổng cộng thành hai thành phần : lực dính mềm và lực dính cứng (lực dính cấu trúc)(3) : và
Trong đó :
(3) Maxlôp là người đề xuất việc chia lực dính làm 2 thành phần vào năm 1933 – 1935, được viết thành sách vào năm 1941 Tiếp theo Ivanôp cũng đề xuất vào năm 1936 Denhixôp đề xuất vào năm 1947, với c = c n + c y Hvorlev đề xuất năm 1956, chia làm 2 thành phần : c = c c + c r
Trang 8NƯỚC TỰ DO HẠT ĐẤT
LK DẠNG CHẢY LK DẠNG DẺO
NƯỚC TỰ DO
LK DẠNG CỨNG
Hình 1.1 : Các dạng liên kết trong đất dính
a Cắt mẫu nguyên dạng và mẫu chế bị ở cùng độ ẩm – độ chặt :
Xây dựng được biểu đồ theo hình 1.2, và :
Trong đó :
Theo Maxlôp thì lực dính cứng chỉ tồn tại ở đất nguyên dạng cứng
MẪU NGUYÊN DẠNG
Sw
P
MẪU CHẾ BỊ
Hình 1.2 : Kết quả cắt mẫu xác định lực dính cứng c c
b Phương pháp cắt theo bản phẳng :
Cắt mẫu cứng nguyên dạng, sau đó ép lại, để mẫu hồi phục và cắt lần thứ 2 (thời gian để phục hồi khoảng 20 phút)
c Phương pháp trùng lặp :
định
Trang 9d Phương pháp cắt theo độ ẩm :
Với cùng 1 loại đất, lấy nhiều mẫu thí nghiệm với độ ẩm khác nhau Trong 4 phương pháp trên, thường chọn PP thứ 2 vì thí nghiệm đơn giản, trên cùng 1 mẫu và cho kết quả khá chính xác
Từ những kết quả này, các tác giả kiến nghị rằng với những công trình có quy mô nhỏ, tạm thời, thành phần lực dính có thể lấy toàn bộ (c W ), nhưng đối với công trình vĩnh cửu, có quy mô lớn thì chỉ nên lấy thành phần lực dính cứng c c mà thôi
Bảng 1.1 giới thiệu các thành phần của lực dính để tham khảo
Bảng 1.1 : Cơ cấu thành phần của lực dính đất loại sét
Cấu trúc của đất Độ sệt B Mức độ thể hiện của các thành phần lực dính
c c = %c W W = %c W
Tự nhiên
Nhân tạo
1.2.1.3 Các đặc điểm khác của đất sét yếu
Hiện tượng hấp thụ :
Hiện tượng hấp thụ là khả năng hút nước từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau : cứng, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt keo Sự hấp thụ của đất sét có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình sảy ra đồng thời
Tính dẻo :
Tính dẻo là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét Tính chất này biểu thị sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực và chứng tỏ rằng về mức độ biến dạng đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thế cứng và thể lỏng hoặc chảy nhớt Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố : mức độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất, thành phần và độ khoáng hoá của dung dịch nước làm bão hòa đất
Trang 10Gradien ban đầu :
Đất sét có đặc tính thẩm thấu khác thường : chỉ cho nước thấm qua khi gradien cột nước vượt quá một trị số nhất định nào đó Trị số đó gọi là gradien ban đầu Gradien ban đầu là độ chênh lệch tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó tốc độ thấm giảm xuống nhiều, rất bé và có thể coi như không thấm nước
Đặc điểm biến dạng :
Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của chúng quyết định Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau đây :
hấp phụ
Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến dạng các màng hấp phụ của nước liên kết gây nên Các loại biến dạng chủ yếu của đất sét yếu là biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ
Tính chất lưu biến :
và có khả năng thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài Khả năng này gọi là tính chất lưu biến
Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự do khi nén chặt Do vậy hiện tượng này liên quan với sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết quả chuyển dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự định hướng của các hạt và các khối đó với phương tác dụng của tải trọng
1.2.2 Đất cát yếu
Cát được hình thành tạo ở biển hoặc vũng, vịnh Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất Cát gồm những hạt có kích thước 0,05 – 2mm
Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét Những loại cát đó khi chịu
(1) Đó là biến dạng từ từ, phát triển rất chậm theo thời gian
Trang 11tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy
Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất lớn Khi cát gồm những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này đôi khi rất nguy hiểm cho công trình và cho công tác thi công
Cần lưu ý 2 hiện tượng nguy hiểm đối với cát yếu :
1.2.3 Bùn, than bùn và đất than bùn
Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hoá học ở đáy biển, đáy hồ, bãi lầy… Bùn chỉ liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực
Theo thành phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống
Độ bền của bùn rất bé, vì vậy việc phân tích sức chống cắt (SCC) thành lực ma sát và lực dính là không hợp lý SCC của bùn phụ thuộc vào tốc
thể cho góc ma sát
Việc xây dựng các công trình trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi đã tiến hành các biện pháp xử lý nền
Than bùn là đất có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy Đất loại này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát(2
Trong điều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao 85 – 95% hoặc cao hơn tùy theo thành phần khoáng vật, mức độ phân hủy, mức độ thoát nước…
Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất Hệ
than bùn với mẫu có chiều cao thông thường là 15-20cm, mà phải từ 40-50cm
(2) Theo QP của Liên Xô cũ : than bùn chứa trên 60% di tích thực vật, còn đất than bùn chứa 10 - 60% di tích thực vật
Trang 12Khi xây dựng ở những vùng đất than bùn, cần áp dụng các biện pháp : làm đai cốt thép, khe lún, cắt nhà thành từng đoạn cứng riêng rẽ, làm nền cọc, đào hoặc thay một phần than bùn
1.2.4 Đất đắp
Loại đất này được tạo nên do tác động của con người Đặc điểm của đất đắp là phân bố đứt đoạn và có thành phần không thuần nhất
Theo thành phần có thể chia thành 4 loại sau :
xây dựng
bãi)
Nhìn chung, các loại đất đắp hầu hết đều phải có biện pháp xử lý trước khi xây dựng
1.3 CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
1.3.1 Giải pháp kết cấu
Bao gồm các biện pháp sau :
- Chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún, làm giằng BTCT; dự trữ độ cao bằng độ lún dự kiến của công trình
- Lựa chọn độ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớp cách nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo các khe hở trong đất
- Quy định và chấp hành nghiêm ngặt về quy trình đào đắp đất
1.3.2 Các biện pháp xử lý nền
Mục đích : cải thiện thành phần, trạng thái của đất, từ đó làm cho các tính chất cơ học, vật lý của đất nền đáp ứng được yêu cầu trong xây dựng Để làm tăng độ bền và làm giảm độ nén lún của đất, có thể chọn những giải pháp làm giảm độ rỗng hoặc tăng lực dính Trong một số trường hợp khác, mục đích của gia cố là làm cho đất đá từ chỗ thấm nước trở thành cách nước
