bài giảng nền móng chương 4 và 5

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG- Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các lớp đất yếu có khả năng chịu lực kém, nằm ở bên dưới móng công trình và chịu tác động của

Trang 1

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG

NỀN MÓNG

Chương IV:

XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

I Khái niệm về đất yếu

- Đất yếu gồm các loại đất sét mềm bão hoà nước; các loại cát hạt nhỏ, mịn; than bùn; các trầm tích bị mùn hoá v v chúng rất đa dạng về thành phần khoáng vật, nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng (kém)

- Đất yếu nói chung có các đặc điểm sau:

Hầu như hoàn toàn bão hoà nước, có hệ số rỗng (ε) lớn, thường > 1,0

Khả năng chịu lực yếu, vào khoảng 50 - 100 kN/m2

Tính nén lún mạnh, hệ số nén lún (a) lớn; môđun biến dạng nhỏ (E ≤ 5000kN/m2); trị số sức kháng cắt không đáng kể

§4.1 Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu

Trang 2

- Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các lớp đất yếu có khả năng chịu lực kém, nằm ở bên dưới móng công trình và chịu tác động của tải trọng công trình truyền xuống Xét về mặt cấu trúc, tầng đất nền này có thể được hợp thành là do một hoặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ nhau hoặc xen giữa các lớp đất khác có khả năng chịu lực tốt hơn

3

- Trong đa số trường hợp, chỉ sau khi đã thay đổi kết cấu phần trên,

đã mở rộng hợp lý diện tích đáy móng mà những điều kiện cần đảm bảo khi thiết kế (về cường độ, biến dạng) không đạt mới cần phải xử

lý nền Nền cần phải xử lý gọi là “nền đất yếu”.

- Khi tính toán nền công trình theo trạng thái giới hạn, nếu không thoả mãn các yêu cầu về cường độ và biến dạng mà vội vàng coi nền là yếu và tiến hành Xử lý nền thì nhiều khi gây tốn kém không cần thiết (đặc biệt đ/với công trình lớn) Cần phải áp dụng toàn diện các biện pháp xử lý đối với kết cấu phần trên, kết cấu móng và đối với nền.

- Như vậy, Khái niệm về nền đất yếu phải hiểu một cách tương đối trong một hoàn cảnh và điều kiện xây dựng cụ thể nhất định Việc làm sáng tỏ khái niệm này có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật trong việc lựa chọn phương án hợp lý nhất.

Trang 3

+ Nguyên nhân xử lý:

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng toàn bộ hay từng bộ phận do:

- Các điều kiện về biến dạng không được thoả mãn,

(S > [S gh ], ∆S > [∆S gh]… )

- Áp lực tác dụng lên mặt nền quá lớn

(N tt> Rgh)

+ Mục đích xử lý:

- Giảm tải trọng tác dụng lên móng → Làm giảm trị số Vế Trái

- Tăng khả năng chịu lực của kết cấu → Làm tăng trị số Vế Phải

§4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình

5

+ Các biện pháp kết cấu công trình bao gồm:

- Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ

- Làm tăng độ mềm của công trình

- Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình

Trang 4

II Làm tăng độ mềm của công trình

- Mục đích: Khi nền móng lún không đều sẽ phát sinh ư/s phụ tại các liên kết của kết cấu công trình, có thể phá hỏng kết cấu Làm tăng độ mềm của công trình (kể cả móng) sẽ khử được các ứng suất phụ.

-Biện pháp: Có hai biện pháp:

sự thay đổi về bố trí mặt bằng công trình (Hình 3)

δ = 3-5cm

Trang 5

+ Các khớp nối bố trí ở các khe lún phải mềm mại và chịu được độ chênh lún giữa hai bộ phận ở hai bên khe lún do đó phải tính toán kiểm tra khớp nối.

-Khớp nối là tấm đồng Ω: Thường

dùng cho công trình thuỷ lợi

-Khớp nối bằng chất dẻo polime:

Rộng 18cm; dầy 0,4cm; mấu nhô

+ Cần hạn chế số lượng khe lún trong một công trình, vì mặc

dù tác dụng kỹ thuật tốt nhưng tốn kém, thêm nhiều vật liệu xây dựng (phải làm thêm các tường ngăn ngang, dọc tại chỗ bố trí khe lún, làm khớp nối v.v ), và quản lý khó khăn nhất là trong các công trình thuỷ lợi.

+ Chiều rộng khe lún phải tính toán

vừa đủ để cho các bộ phận đã được

tách ra không tựa sát bên nhau (làm nứt

nẻ công trình) khi chúng bị lún không

đều hoặc bị nghiêng Chiều rộng tối

thiểu khe lún được xác định theo công

thức:

δ = k.h.( tgθp- tgθtr) (4.1)

h: chiều cao khe lún

θp, θtr: góc nghiêng của phần công

trình ở bên phải và trái khe lún

Trang 6

2- Biện pháp kết cấu tĩnh định

- Thay các liên kết cứng giữa các bộ phận của công trình bằng liên kết khớp hoặc liên kết tựa cũng có tác dụng làm tăng độ mềm của công trình và khử được ứng suất phụ thêm phát sinh khi công trình bị biến dạng lệch

- Việc thay các liên kết cứng bằng các liên kết mềm (khớp, tựa) làm cho công trình có tính chất tĩnh định nên phần nào làm nó nặng nề thêm và kém phần mỹ thuật Do đó cần hết sức giảm bớt khớp nối mềm trong công trình

- Tốt nhất là dự tính được các yếu tố biến dạng của công trình rồi từ đó tính toán nội lực trong kết cấu siêu tĩnh của các bộ phận công trình

- Trong các công trình dân dụng

và công nghiệp người ta sử

dụng các giằng bê tông cốt thép

(giằng tường, giằng móng), (xem

Hình)

Trang 7

Giằng cốt thép

Giằng bê tông cốt thép

- Các giằng có tác dụng tăng cường khả

năng chịu ứng suất kéo phát sinh khi

tường chịu uốn mà không ảnh hưởng

đến độ mềm của công trình

- Tính toán kết cấu giằng gia cường theo

p/pháp dầm trên nền đàn hồi Trong thiết

kế thường lấy cốt thép cấu tạo là 5 - 15

cm2

- Có thể dùng biện pháp gia cố cục bộ để

tăng cường độ chống cắt cục bộ của

tường hay của bộ phận công trình bằng

cách đặt giằng hoặc đặt thêm cốt thép tại

những nơi dự đoán có phát sinh ứng lực

cắt lớn

13

- Thay đổi chiều sâu chôn móng

- Thay đổi kích thước đáy móng

- Thay đổi loại móng và độ cứng móng

I Thay đổi chiều sâu chôn móng

- Cơ sở của phương pháp:

+ Công thức tính sức chịu tải và cường độ tiêu chuẩn của nền có dạng chung là:

pgh = Aγ.b + Bq + Dc

A, B, D: các hệ số phụ thuộc góc ma sát trong ϕ của đất

γ, c: trọng lượng riêng và lực dính đơn vị của đất.

Trang 8

thì khả năng chịu tải của nền

(p gh) được tăng lên

+ Mặt khác, nền nói chung có

độ chặt tăng theo chiều sâu, nên

khi h m tăng là đã đặt móng tại

lớp đất tốt hơn, do đó độ lún S

giảm

15

- Xét các trường hợp thực tế:

* Trường hợp cao trình đặt móng thiết kế không thay đổi: Do nhiều điều

kiện khống chế, móng thường phải đặt tại một cao trình thiết kế nhất định

Bảo đảm được cao trình đặt móng thiết kế (tức là bảo đảm cao trình của

các bộ phận công trình) là một vấn đề rất quan trọng và khó khăn, nhất là đối với nền đất yếu

Để giảm bớt độ chênh lệch giữa cao trình đặt móng thiết kế với

cao trình đáy móng sau khi lún ổn định thì thường phải nâng cao trình đặt móng thiết kế lên một trị số dự phòng, tính gần đúng theo công thức:

Sdp = ½ ( S + Stc) (4.2)

Sdp - độ nâng thêm của cao trình dự phòng

S - độ lún ổn định do tính toán

Stc - độ lún xảy ra khi thi công

. Đối với các công trình dân dụng công nghiệp xây trên nền đất loại sét

Trang 9

* Nếu công trình có nguy cơ bị nghiêng, bị lún không đều thì có

thể dùng biện pháp thay đổi chiều sâu chôn móng để xử lý khi thiết

kế thi công (Hình 1).

* Gặp trường hợp tầng đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, để

giảm chênh lệch lún, có thể đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau (Hình 2)

+ Nếu tầng đất có chiều dày chịu nén khác nhau, dùng biện pháp thay đổi chiều rộng móng để cân bằng lún cho toàn bộ công trình (Hình 2)

e P

II Thay đổi kích thước và hình dáng móng

Trang 10

III Thay đổi loại móng và độ cứng của móng

+ Tuỳ tình hình phân bố tải trọng tác dụng lên móng và điều kiện địa chất

mà chọn móng cho thích hợp (móng đơn, móng băng, móng băng giao nhau, móng bản, móng hộp (có độ cứng lớn, nhẹ)

+ Khi độ võng móng ΔS quá lớn thì phải tăng độ cứng móng

+ Để tăng cường độ cứng của móng có thể dùng các biện pháp: tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc, kết hợp với kết cấu phần trên; dùng loại móng hộp, độ cứng lớn và nhẹ

+ Trường hợp đất nền có tính nén lún tăng theo chiều sâu thì việc mởrộng đáy móng thường không có tác dụng (Hình 3)

* Trong điều kiện tồn tại tự nhiên có hệ số

rỗng (e) lớn hơn nhiều so với lớp đất nằm

§4.4 Các biện pháp xử lý nền

I Khái niệm

¾Trường hợp cần XLN: sau khi đã thay đổi kết cấu phần trên, đã mở

rộng hợp lý diện tích đáy móng mà những điều kiện cần đảm bảo khi thiết kế (về cường độ, về biến dạng) không được thoả mãn thì mới phải

xử lý nền, nền phải xử lý gọi là nền đất yếu

Trang 11

¾ Mục đích XLN: Các phương pháp xử lý hiện nay đều nhằm cải

thiện điều kiện của đất nền: - làm tăng độ bền của đất, - giảm độ lún tổng và chênh lệch lún Cụ thể là:

* Giảm tính rỗng.

* Tăng cường độ liên kết giữa các hạt.

* Giảm tính thấm nước của nền (đặc biệt đ/với công trình thuỷ lợi).

¾ Phân loại các phương pháp XLN: Hiện nay có nhiều phương

pháp, vấn đề quan trọng là làm sao chọn được phương pháp xử lý thích hợp cho các loại đất riêng biệt, thỏa mãn được yêu cầu thiết

kế đối với công trình, đồng thời rút ngắn được thời gian thi công, giảm chi phí xây dựng, nâng cao tính hiệu quả của công trình.

Nói chung có thể phân thành ba loại chủ yếu sau:

21

3) Thuộc loại biện pháp hoá học có: p.pháp keo kết bằng xi

măng, p.pháp si li cát hoá, p.pháp điện hoá v v

1) Thuộc loại biện pháp cơ học có: p.pháp làm chặt bằng đầm,

p.pháp làm chặt bằng chấn động, p.pháp làm chặt bằng các loại cọc, p.pháp thay đất, p.pháp nén trước, p.pháp phản áp,

v v…

2) Thuộc loại biện pháp vật lý có: p.pháp hạ mực nước ngầm,

p.pháp giếng cát, p.pháp điện thấm, p.p bấc thấm, vải địa kỹ thuật, v v

- Trong chương trình chỉ giới thiệu một số biện pháp xử lý nền sau:

Trang 12

- Áp dụng: thường trong các điều kiện sau

* Đất yếu là đất sét chảy (nếu dùng biện pháp đầm thì không lợi)

* Chiều dày lớp đất yếu tương đối mỏng ( 3 - 6 m ).

* Vật liệu cát dễ kiếm.

* Đối với công trình thuỷ lợi, do có độ chênh cột nước, cần có

biện pháp chống xói ngầm (dùng tường, bản cừ ) và phải chú ý đến hiện tượng hoá lỏng dưới tác dụng của tải trọng động

23

2- Hiệu quả:

- Tăng sức chịu tải của nền

- Giảm độ lún của móng công trình (vì đất cát có môđun biến dạng Eolớn hơn của đất sét)

- Giảm độ chênh lệch lún của móng (vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong đất nền nằm dưới tầng đệm cát)

- Giảm chiều sâu chôn móng, do đó giảm được khối lượng vật liệu làm móng

- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chịu tải của nền và rút ngắn quá trình lún

3- Tính toán, thiết kế tầng đệm cát:

+ Nguyên tắc tính toán:

Xác định kích thước của tầng đệm cát bao gồm chiều dày (h c) và

chiều rộng đáy tầng đệm cát (b c), đảm bảo hai điều kiện kỹ thuật cơ bản là:

- Đảm bảo nền (sau khi có đệm cát) ổn định về mặt cường độ

- Đảm bảo độ lún của nền (sau khi có đệm cát) nhỏ hơn độ lún cho phép của công trình

Để làm được điều trên ta phải tính thử dần; thông thường các bước

tính toán được tiến hành như dưới đây:

Trang 13

a) Sơ bộ chọn kích thước đệm cát:

* Chọn h c: theo kinh nghiệm có thể lấy vào khoảng 0,5 - 3 m có khi là

5 - 6 m

* Chọn b c: người ta xác định kích thước chiều rộng đáy đệm cát theo

góc mở α Căn cứ vào hiện tượng khuyếch tán ứng suất trong nền người ta lấy α như sau:

- Tính toán kiểm tra về cường độ, ổn định trượt

- Tính toán kiểm tra về biến dạng

¾ Đệm cát được xem như một bộ phận của đất nền nhiều lớp: lớp cát nằm trên, lớp đất yếu nằm dưới

b) Trường hợp công trình chịu tác dụng của lực đẩy ngang:

Ä Cần tính toán ổn định của nền đã xử lý bằng đệm cát.

- Cát có ma sát lớn nên móng không có khả năng trượt phẳng

- Khi tính toán nền theo ổn định (TTGH-1) cần phải tiến hành kiểm tra trượt sâu theo phương pháp cung trượt tròn và trượt sâu theo mặt tiếp xúc giữa đáy đệm cát và đỉnh lớp đất yếu (Khi tính toán, cần kể đến sự thay đổi các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất nền do cố kết nhờ có tầng đệm cát thoát nước)

[ ] K M

M K

Trang 14

c) Tính toán đệm cát theo biến dạng của nền gồm các bước (theo TCXD):

* Chọn hệ số rỗng εnc của cát, từ đó xác định môđun biến dạng E 0 cát:

Từ công thức độ chặt tương đối của đất cát:

- Tính εnc, bằng cách khống chế D = 0,70 ÷ 0,80, với

¨ εnc = εmax- D(εmax -εmin )

Từεnccủa cát tìm ra E0cát, có thể lấy theo bảng IV-1/tr.68

min max

maxε ε ε ε

−

* Kiểm tra ứng suất đáy đệm cát:

Đệm cát truyền áp lực đáy móng xuống

tầng đất thiên nhiên phía dưới trong một

phạm vi lớn hơn diện tích đáy móng Để

đảm bảo tầng đất thiên nhiên dưới lớp đệm

cát vẫn còn làm việc trong giai đoạn biến

dạng tuyến tính thì ứng suất thẳng đứng tác

dụng lên lớp đất yếu không được vượt quá

áp lực tiêu chuẩn R tc:

tc c

0,001 40 40

43 50 -

0,002 38 40

0,001 35 30

- -

0,004 36 38

0,002 32 28

28 18

0,006 34 28

0,004 30 18

0,002 26 11

Trang 15

S S

- Khi hố đào khô: cát được đổ từng lớp dày 20 cm và đầm chặt

(bằng đầm lăn, xung kích, chấn động)

- Trừơng hợp mực nước ngầm cao (mà không dùng biện pháp hạ

mực nước ngầm): thì nên dùng biện pháp thi công trong nước (xỉa lắc cát, đầm dùi cho D = 0,7)

- Độ lún tổng cộng tính theo công thức

(4.9) không được vượt quá độ lún giới

hạn:

- Nếu các tiêu chuẩn kiểm tra theo công

thức (4.6) hoặc (4.10) không đảm bảo thì

ta phải chọn lại kích thước đệm cát, và

các bước tính toán được lặp lại

ghS

Trang 16

III Phương pháp lèn chặt đất bằng cọc cát

1- Nội dung và điều kiện áp dụng:

* Nội dung phương pháp: Hạ cọc vào trong đất yếu,

nhờ thể tích cọc chiếm chỗ mà đất được lèn chặt lại (nén

chặt sâu) Đây cũng là cơ sở để tính cọc sau này

Trong khuôn khổ môn học ta chỉ nghiên cứu tính toán

đối với cọc cát

* Thi công cọc cát: Các phương pháp thi công khác

nhau chủ yếu ở cách tạo lỗ:

Tạo lỗ dùng ống thép: đường kính vào khoảng 30 ÷

50 cm Mũi cọc nhọn bằng thép gồm 4 cánh mắc bản lề

Khi đang đóng ống thép xuống thì mũi cọc khép lại, khi

rút lên thì mũi cọc mở ra (xem Hình 1) Mũi cọc có thể

làm bằng nút gỗ hoặc bê tông, sau khi hạ ống tạo lỗ có

thể để lại trong đất (xem Hình 2)

31

Ống rỗng thường được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc

bằng phương pháp chấn động tùy theo loại đất Việc thi công cọc cát theo hai cách hạ ống thép như sau:

- Đóng ống thép xuống tới cao trình thiết kế, sau đó rút lên rồi nhồi

cát vào lỗ, đồng thời đầm từng lớp một bằng búa treo, chiều dày mỗi lớp

khoảng 1,0 m → Thường dùng với đất sét dẻo, dẻo cứng (Hình 1).

- Dùng chấn động hạ ống thép xuống tới độ sâu thiết kế, nhồi cát

vào từng lớp dầy khoảng 1,0 m, sau đó dùng chấn động để làm chặt lớp cát, rút ống lên khoảng 0,5 m cho cát tụt xuống Cứ tiến hành như thế đối

với các lớp tiếp theo → Thường dùng với đất sét dẻo chảy, đất cát hạt

nhỏ, mịn bão hòa nước (Hình 2).

Trang 17

Tạo lỗ bằng mìn nổ ép

đất (theo chiều sâu cọc):

sau đó đổ cát vào đầm từng

lớp Với cách thi công này có

thể tạo được cọc cát dài

khoảng 18 ÷ 20m Lưu ý rằng,

do chấn động khi nổ làm cho

lớp đất trên dày khoảng 2 m bị

tơi ra, cần có biện pháp xử lý

trước khi làm móng

* Áp dụng:

Phương pháp cọc cát thường dùng để nén chặt các lớp đất yếu khá dầy (>2,0 m), chịu tải trọng tương đối lớn Như các loại đất cát nhỏ, cát bụi ởtrạng thái bão hoà nước, đất cát xen kẽ những lớp bùn mỏng, đất dính yếu, đất bùn và than bùn

- Cọc cát có tính nén lún không khác nhiều so với tính nén lún của đất xung quanh nó, cho nên có thể coi cọc cát cùng chịu tải trọng với đất nền xung quanh, và khi tính toán thì lớp đất có cọc cát được coi là một lớp nền

có các chỉ tiêu cường độ chống cắt tương ứng với độ chặt thiết kế (εtk, γtk)

- Cọc cát có tác dụng tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền Phần lớn độlún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, làm cho công trình mau chóng đạt đến giá trị ổn định

- Về mặt kinh tế, cát dùng trong cọc là loại vật liệu rẻ hơn so với cọc làm bằng vật liệu cứng và không bị ăn mòn nếu nước ngầm có tính xâm thực Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản, không đòi hỏi những thiết bịphức tạp Vì những lý do trên mà giá thành xây dựng khi dùng cọc cát thường rẻ hơn so với một số phương án xử lý khác

Trang 18

Đất nền không bị trồi lên khi có cọc

Đất được lèn chặt đều giữa các cọc.

* Chứng minh:

Bố trí cọc cát trên mặt bằng (xem Hình)

- Xét một lăng thể đất có đáy là tam giác đều,

chiều cao là L (mang tính đại biểu)

ε

ε ε

ε0– hệ số rỗng tự nhiên của đất nền (khi chưa có cọc cát):

εtk– hệ số rỗng thiết kế của đất nền (sau khi có cọc cát):

c

23

c

L c V

lt tk

32

11

0 0

+

−

=+

−

=

Δ

εεεε

ε

L c tk

4

31

2 c

42

1.3

2 ε εεπ

γ π

−

= d

d - đường kính cọc cát, d = 30 - 40 cm tuỳ theo đường kính tạo lỗ

Cần phải chọn độ chặt thiết kế của nền đất sau khi xử lý cọc cát (εtk):

Trang 19

- Đối với nền đất cát:

εtk = εmax- D(εmax-εmin) (4.18) , Với D = 0,7 ÷ 0,8

- Đối với nền đất cát bụi: (chọn ở trạng thái chặt vừa)

.fF

ε ε

+

−

=Δ

F

εεε+

−

=

o tk o

+1

=

VF

εεε

- Thể tích 1 cọc cát: vc= f.L,

với f = π.d2/4

(4.22)(4.21)

F

f

từ

c) Xác định L :

Có thể dựa trên hai cơ sở:

Khống chế về mặt biến dạng: lấy L ≥ H a với H alà chiều sâu vùng nền ảnh hưởng lún

Khống chế về mặt cường độ, ổn định: lấy L > độ sâu lớn nhất của vùng nền trượt Trị số L còn phụ thuộc vào khả năng của phương tiện đóng nhổ ống thép Hiện nay chưa có phương pháp chính xác tìm chiều dài cọc L

Ha

hmb

b

h m

T II gh

Hmax

Trang 20

1- Nội dung và trường hợp áp dụng:

a) Nội dung phương pháp:

- Trước khi xây dựng công trình dùng các loại vật liệu (cát, sỏi,

gạch, đá v.v ) chất đống lên mặt đất trong phạm vi xây dựng móng

để gây ra một áp lực nén tạm thời (gọi là áp lực nén trước) tác dụng

lên mặt nền, làm cho đất nền bị lún do đó đất được chặt lại Khi đất nền đạt được độ chặt yêu cầu, người ta dỡ

Lúc này nền công trình vừa

có cường độ đạt yêu cầu

c) Cơ sở lý thuyết:

Phương pháp nén trước dựa trên quy luật giảm tính nén lún của

đất dưới tác dụng của tải trọng (quan hệ e∼p).

2- Hiệu quả:

Đất sau khi nén trước có tính

nén lún nhỏ; hệ số rỗng (e) và

hệ số nén (as << ac) giảm và

cường độ tăng lên

Hiệu quả của phương pháp

nén trước thường được đánh

giá bằng giá trị độ lún (St) sau

một thời gian t nào đó

Trang 21

3- Tính toán thiết kế:

Cần xác định 2 đại lượng: - Độ lớn của áp lực nén trước (pnt)

- Thời gian nén trước (tnt) 9Chọn (pnt) : cần đảm bảo hai yêu cầu:

y Hiệu quả nén trước cao, muốn vậy cần chọn pnt ≥ tải trọng thiết

kế; thường pnt> ptk

y Đảm bảo không phá hoại nền, bằng cách tăng tải trọng từng cấp,

khống chế tốc độ tăng tải nén trước sao cho nền không bị phá hoại 9Chọn (tnt) : Liên quan tới quá trình cố kết của đất và tiến độ xây

dựng công trình.

9Cả hai đại lượng cần tìm lại có quan hệ mật thiết với nhau.

41

lớn diễn ra trong thời gian dài, dùng biện pháp nén trước vẫn không đảm bảo yêu cầu thiết kế thì có thể áp dụng kết hợp biện pháp giếng cát Trước hết ta xét trường hợp không dùng giếng cát.

′

′Δ+

′+

′

′Δ+

′+

Độ lún cố kết sơ cấp (cố kết thấm) lớn nhất do tải trọng công trình sẽ là:

A- Trường hợp không có giếng cát:

Áp dụng lời giải của bài toán cố kết một hướng để tìm thời gian t nt, và tải

trọng nén trước p nt

σ’ o = áp suất hiệu quả trung bình

trên lớp sét trước khi xây móng

H c

Trang 22

Lưu ý là tổng độ lún

Sc(p) có thể xảy ra ở thời

gian t2 ngắn hơn rất nhiều

so với t1 Do vậy, nếu tổng

tải trọng tạm thời được đặt

lên mặt nền trong thời gian

t2, độ lún sẽ bằng Sc(p) Khi

đó, nếu phần đắp tạm thời

được dỡ đi và công trình

được xây dựng với tải

Quan hệ giữa lún với thời gian dưới tải trọng tạm thời Δσ’(p)+Δσ’(f)

(= pnt) cũng được biểu thị trong hình 14.18b.

H c

Thiết lập công thức xác định Δσ’(f)và t2

Hình 14.18b cho thấy dưới tải trọng tăng thêm Δσ’(p)+Δσ’(f), độ cố

kết ở thời gian t2sau khi gia tải là

) ( )

f p

p S

S U

′ Δ

=

o p p

f

f U

σ

σ σ

) ( ) ( ;

Trang 23

Độ cố kết theo PT (14.11) thực ra là độ cố

kết trung bình ở thời gian t2, như nêu trong

hình 14.18b Tuy nhiên, nếu dùng độ cố kết

trung bình để xác định t2có thể sẽ xảy ra một

số vấn đề về xây dựng Nguyên do là sau khi

dỡ bỏ tải trọng thêm và đặt tải trọng công

trình, một phần sét gần bề mặt thoát nước sẽ

tiếp tục nở ra và đất gần giữa lớp sẽ tiếp tục

lún (xem Hình 14.20) Trong một số trường

hợp, lún liên tục thực có thể xảy ra Một tiếp

cận an toàn có thể giải quyết vấn đề này; đó

là giả thiết rằng U trong công thức (14.11) là

độ cố kết tại giữa lớp Khi đó, từ PT (1.65),

thoát nước 2 phía và,

= Hc cho thoát nước

C

T v

v =

Trang 24

Các bước xác định các thông số nén trước

Trong công tác nén trước ở hiện trường ta có thể gặp hai bài toán :

1 Biết giá trịΔ ’ (f) cần phải xác định t2 Trong trường hợp này, xác định

σ’o, Δ ’ (p) , và tìm U bằng cách dùng PT (14.11) hoặc Hình 14.19 Với giá trị U này, nhận được T vtừ Hình 14.21 Sau đó

v

C

H T t

2

2 Đối với một giá trị t2 xác định, phải tìm Δ ’ (f) Trong trường hợp này,

tính T v Sau đó dùng Hình 14.21 để xác định độ cố kết U tại giữa lớp Với giá trị U xác định được, dùng hình 14.19 để xác định giá trị cần tìm

a) Tổng độ lún cố kết sơ cấp của cầu khi không nén trước

b) Tải trọng phụ thêm Δ ’(f)cần để loại bỏ toàn bộ độ lún cố kết ban đầu bằng phương pháp nén trước trong thời gian 9 tháng

=

210

115 210 log 9 , 0 1

6 28 , 0 '

' ' log 1

) ( )

(

o

p o o

c c

= 0,1677 m = 167,7 mm

Trang 25

Phần b

H

t C

Δ σ p kN/m2 và σ’o= 210 kN/m2 ,

o

p / ' '( ) σ σ Δ

Theo hình 14.19, với U = 47% và = 0,548,

) ( ) ( / '

115 '

'( )

=

= Δ

o

p

σ

σnên

B- Trường hợp cần có giếng cát:

Trường hợp này thuộc bài toán cố kết thấm 3 hướng, đối xứng trục, có công thức:

Ut= 1 - (1 - Utz) (1 - Utr) (4.24)

Nếu (tnt) tìm được theo trường hợp

trên quá lớn, không đạt yêu cầu; hoặc

Với thời gian yêu cầu tntmà độ lún

Stntquá nhỏ

cần xét làm giếng cát kết hợp

Trong đó:

Ut - độ cố kết chung của nền

Utz - độ cố kết của nền không có

giếng cát, tính theo lý thuyết cố kết

thấm một hướng, theo chiều đứng (z).

Utr- độ cố kết của nền có giếng cát

H 2r

Trang 26

t H

C

z=

Trong đó:

H - chiều dài giếng cát

R - khoảng cách giữa các tim giếng cát

r - bán kính giếng cát

n c

z

) ( k C

γ

ε01+

)r

R,

r

) ( k C

γ

ε01+

liệu quan trắc lún trong quá trình nén

trước như sau:

t2

S t2

) ( + t f t

t S

1 1 1

t t S

S t

−

=

α

1 1 2 2 1 2

t

t S t t t S

−

=

2 2 2

t t S

S t

Trang 27

V Dùng biện pháp thi công để xử lý nền

Tuỳ tình hình thực tế, có thể lợi dụng biện pháp thi công để xử lý nền rất cóhiệu quả Dưới đây nêu ra ba biện pháp nhằm cải thiện đất nền

1- Nén chặt đất bằng cách hạ thấp mực nước ngầm:

* Khi thi công các công trình ở những nơi có mực nước ngầm cao, có thể

dùng biện pháp hạ mực nước ngầm để làm khô hố móng Khi hạ thấp mực nước ngầm thì đất trong phạm vi thay đổi mực nước ngầm sẽ được nén chặt lại do áp lực nén tăng lên tương ứng (xem Hình)

- Trong điều kiện tự nhiên, khi mực nước ở cao trình 1 thì tại cao trình 2 đất chịu áp lực thẳng đứng là:

Biện pháp này có thể dùng để nén chặt đất loại sét, đất cát bồi tích

Như vậy p2lớn hơn p1 một lượng là:

Δp = p2- p1 = (γω-γđn ) h2 (4.34) Trong đó:

γω: trọng lượng riêng của đất ở trạng thái tự nhiên có độ ẩm ω

γđn: trọng lượng riêng đẩy nổi của đất ngập nước

Trang 28

2- khống chế tốc độ thi công để cải thiện điều kiện chịu lực của nền:

- Tốc độ thi công công trình về mặt cơ học là tốc độ tăng tải trọng lên nền đất Các đất sét yếu có hệ số rỗng và độ ẩm tự nhiên lớn thì sức chống cắt rất nhỏ, khi xây dựng trên các loại đất ấy có thể khống chế tốc độ thi công trong giai đoạn đầu để làm tăng sức chịu tải của nền

- Theo lý thuyết cố kết thì quá trình lèn chặt đất dính bão hoà nước

là quá trình ứng suất trung hoà (u t) giảm đi và ứng suất hiệu quả (σ't) tăng lên Mặt khác, theo lý thuyết Coulomb thì cường độ chống trượt của đất tỷ lệvới σ't:

τ = σ' t tgϕ+ c , với σ' t = σ- u t

Như vậy, tốc độ tăng tải càng chậm thì càng có thời gian để đạt trị

số ứng suất σ't lớn và sức chịu tải của nền tăng

* Để làm rõ, có thể lấy kết quả thí nghiệm sau đây:

55

- Hình (a) biểu thị tốc độ thi công (σ~ t)

- Hình (b) là quan hệ giữa độ rỗng của đất và áp lực (n ~ σ)

- Hình (c) là quan hệ giữa cường độ chống cắt của đất và áp lực (τ~ σ)

Theo lý thuyết cố kết, nếu tăng tải trọng đột ngột từ trị số áp lực 0 đến áp lực σc

(đường 1a) thì nước trong lỗ rỗng của đất chưa kịp thoát ra, nền đất chưa bị nén chặt, nên sự thay đổi độ rỗng và cường độ chống cắt được biểu thị bằng đường 1b và 1c Nếu tăng tải trọng đều trong suốt thời gian thi công (đường 2a) thì tính nén và cường độ chống trượt của đất được biểu thị tương ứng bằng đường 2b

và 2c Đối với đất sét yếu, lượng ngậm nước cao, nên tăng tải theo đường 3a: thời gian đầu thi công chậm để cho mức độ cố kết tăng lên tương ứng với độ

tăng áp lực Sau khi đạt đến trị sốσt, độ cố kết của đất nền đã khá cao, cường

độ chống cắt khá lớn thì bắt đầu tăng nhanh tốc độ thi công (đường 3b và 3c)

Trang 29

3- Thay đổi tiến độ thi công để cải thiện điều kiện biến dạng của nền:

-Một trong những nguyên nhân gây ra chênh lệch lún giữa các bộ phận của công trình là do nền đất không đồng nhất (theo mặt bằng) Đối với những công trình rộng thì nguyên nhân này thường là phổ biến Trong trường hợp này cần phải nghiên cứu lát cắt địa chất và lợi dụng quá trình thi công để xử

lý nền Về nguyên tắc, những bộ phận công trình nằm trên phần nền có tính nén lớn thì cần thi công sớm hơn Cần theo dõi sự tiến triển lún của các bộphận này để bắt đầu thi công những bộ phận tiếp giáp Phương pháp này được áp dụng rất có hiệu quả khi thi công đê, đập đất, đập đất đá hỗn hợp

57

-Trong thực tế đã có những đoạn giữa nền đập đất thuộc loại bùn có độ lún tính toán lớn còn ở hai đầu là nền tốt nên độ lún nhỏ thì người ta quyết định thay đổi trình tự thi công như sau: đắp đất đoạn giữa trước sau đó mới đắp hai đầu Sau khi thi công, bằng quan trắc thực tế người ta đã chứng minh biện pháp này có hiệu quả tốt

- Đối với công trình có móng cứng cần kết hợp với biện pháp làm khe lún

Vùng đất yếu Giai đoạn 1

Trang 30

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 59

Kết thúc chương 4

Trang 31

Nền Móng

Chương 5: Móng Cọc

§5.1 Khái niệm chung

I Cấu tạo móng cọc:

- Gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc

9Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên đất ở đầu mũi và xung quanh cọc

9Đài cọc liên kết các cọc thành một khối và phân phối tải trọng công trình lên các cọc

9Đất xung quanh cọc được cọc lèn chặt tiếp thu một phần tải trọng và phân

bố đều hơn lên đất đầu mũi cọc

Trang 32

III Ưu điểm nổi bật của MC:

- Tiếp thu tải trọng lớn (cả tải trọng đứng và ngang), tiếp kiệm VL móng, giảm khối lượng đào đắp, tận dụng lớp đất nền cũ

I Phân loại cọc: theo 4 cơ sở

1 PL theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc:

- Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ

lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế

không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ

thuộc khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc

- Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc là đất chịu

nén (đất yếu) và tải trọng được truyền lên nền nhờ

lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất

đầu mũi cọc

2 PL theo vật liệu làm cọc:

- Cọc gỗ, c tre, c.bê tông, c.bê tông cốt thép, c.thép, c hỗn hợp

- Chọn vật liệu cọc phải căn cứ cụ thể vào

khả năng cung cấp vật liệu,

công nghệ chế tạo cọc,

điều kiện ĐCCT và ĐCTV.

Trang 33

Một số đặc điểm khái quát

5

a) Cọc thép

Cọc thép thường là cọc ống hay cọc thép cán tiết diện chữ H, chữ I.

- Các cọc ống được đóng xuống đất với đáy hở hay bịt kín

- Các cọc chữ H thường được dùng nhiều hơn vì chiều dày thân và cánh của chúng bằng nhau Với dầm mặt cắt chữI, chiều dày thân nhỏ hơn chiều dày cánh

Trong nhiều trường hợp,

những cọc ống sau khi đóng

xuống được lấp đầy bê tông

(a) cọc bê tông: thường được chế tạo tại hiện trường

xây dựng Dùng trong trường hợp tải trọng không lớn và

không có lực ngang tác dụng Thí dụ, cọc bê tông khoan

nhồi

(b) cọc bê tông cốt thép: thường được chế tạo tại các

nhà máy; có khả năng chịu uốn lớn Dùng trong trường

hợp tải trọng đứng và ngang lớn Có thể hạ cọc này vào

trong đất bằng các biện pháp cơ học (như hạ bằng búa

xung lực hoặc búa rung)

c) Cọc gỗ

Các cọc gỗ là những thân cây có các cành và vỏ được

đẽo gọt cẩn thận Chiều dài tối đa của hầu hết các cọc

gỗ là 10÷20 m Để có đủ điều kiện làm việc như một cọc,

cây gỗ nên thẳng, vững chắc, và không có bất kỳ khuyết

tật nào

b) Cọc bê tông, bê tông cốt thép

Được dùng tương đối phổ biến trong xây dựng

Trang 34

- Cọc gỗ không thể chịu được ứng suất đóng cọc lớn; do vậy, khả năng chịu tải của cọc nói chung bị hạn chế Ta có thể dùng mũi bịt bằng thép để không làm hư hại mũi cọc Đỉnh cọc gỗ cũng có thể bị hư hại trong quá trình đóng cọc Người ta bảo vệ đỉnh cọc bằng đai kim loại hay mũ

- Không nên ghép nối các cọc gỗ, đặc biệt

khi chúng phải chịu tải trọng kéo hay tải

trọng ngang Tuy nhiên, nếu cần thiết, có

quanh bão hòa

nước Không nên

để cọc gỗ nhô

lên khỏi mực

nước ngầm để

tránh mối mọt

Hình 11.5 Mối ghép nối của cọc

gỗ: (a) ống bao; (b) dùng đai kẹp kim loại và bu lông

7

Những đoạn cọc phần trên và phần dưới của cọc hỗn hợp được làm từ các vật liệu khác nhau Ví dụ, cọc hỗn hợp có thể được làm từ thép và bê tông hay gỗ và bê tông

- Các cọc thép-bê tông gồm có đoạn cọc phần dưới bằng thép và đoạn cọc phần trên bằng bê tông đổ tại chỗ Loại cọc này được dùng khi yêu cầu chiều dài cọc cho khả năng chịu tải cần thiết lớn hơn khả năng chịu tải của cọc đơn thuần bằng bê tông đổ tại chỗ

d) Cọc hỗn hợp

- Các cọc gỗ-bê tông thường bao

gồm đoạn cọc phần dưới bằng gỗ

nằm dưới mực nước không đổi và

đoạn cọc phần trên bằng bê tông

Trong mọi trường hợp, việc tạo mối

ghép hoàn chỉnh giữa hai vật liệu

khác nhau là khó khăn, do đó, cọc

hỗn hợp không được sử dụng rộng

rãi

Trang 35

a) Cọc đúc sẵn: Liên quan tới ba vấn đề: Chế

tạo cọc - Vận chuyển cọc - Đưa cọc vào trong

đất

- Cọc được gia cố bằng cách dùng cốt thép

thông thường, và có mặt cắt ngang hình

vuông hay hình tám cạnh (Xem Hình 11.3.)

Việc gia cố bằng cốt thép cho phép cọc chống

lại mômen uốn xuất hiện trong khi nâng và

vận chuyển cọc, tải trọng thẳng đứng và

mômen uốn gây ra bởi tải trọng ngang

- Cọc được đúc đạt chiều dài mong muốn và

được xử lý trước khi vận chuyển đến công

Một số đặc điểm khái quát về cọc bê tông như sau:

- Chiều dài thông thường: 10 m÷15 m

- Tải trọng thông thường: 300 kN÷3000 kN

¾ Cọc đúc sẵn cũng có thể được tạo ứng suất trước bằng cách dùng dây cáp bằng thép cường độ cao chịu ứng suất trước Cường độ giới hạn của những cáp này vào khoảng 1800 MN/m2 Trong quá trình đúc cọc, dây cáp được tạo ứng suất căng trước khoảng 900÷1300 MN/m2, và bê tông được đổ xung quanh dây cáp Sau khi bảo dưỡng bê tông, cắt đứt dây cáp tạo ra lực nén lên mặt cắt cọc

Một số đặc điểm chung về cọc đúc sẵn chịu ứng suất trước như sau:

- Chiều dài thông thường: 10 m÷45 m

- Chiều dài lớn nhất: 60 m

- Tải trọng tác dụng lớn nhất: 7500 kN÷8500 kN

¾ Phân loại cọc đúc sẵn theo phương pháp thi công hạ cọc :

Phần lớn các cọc được hạ bằng búa xung lực hoặc búa rung Trong các trường hợp đặc biệt, cọc cũng có thể được hạ bằng phương pháp xói nước hoặc khoan Các loại búa đóng cọc bao gồm (a) búa rơi, (b) búa hơi hay khínén tác động đơn, (c) búa hơi hay khí nén tác động kép và khác, (d) búa diesel

Trang 36

- Búa rơi (xem Hình 11.7a): được kéo lên bằng tời và rơi xuống từ độ cao H

đã biết Đây là loại búa đóng cọc cổ nhất Nhược điểm chính của loại búa rơi

là tốc độ các nhát đập chậm

- Búa hơi hay khí nén tác động đơn (Hình 11.7b): Bộ phận va đập, hay quả

tạ, được nâng lên bởi áp lực khí hay hơi và sau đó rơi xuống do trọng lượng của nó

Hình 11.7 Thiết bị

đóng cọc (a, b)

11

- Búa hơi hay khí nén tác động kép và so lệch (Hình 11.7c): Không khí

và hơi nước cùng được sử dụng để nâng quả búa lên và đẩy nó xuống, bằng cách ấy làm tăng vận tốc va đập của quả búa

Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc (c, d)

- Búa diesel (xem Hình 11.7d): về cơ

bản gồm có quả búa, khối đe, và hệ

thống phun nhiên liệu Đầu tiên quả búa

được nâng lên và nhiên liệu được phun

vào gần đe Sau đó thả quả búa ra Khi

quả búa rơi xuống, nó làm nén hỗn hợp

nhiên liệu khí và đốt cháy hỗn hợp Tác

động này đẩy cọc đi xuống và nâng quả

búa lên Loại búa diesel làm việc tốt

trong các điều kiện đóng cọc khó khăn

Trong các loại đất mềm yếu, chuyển

dịch đi xuống của cọc là khá lớn, và

chuyển dịch đi lên của quả búa lại nhỏ

Sự chênh lệch này có thể không đủ để

đốt cháy hệ thống nhiên liệu khí, nên

quả búa có thể phải được nâng bằng

tay

Trang 37

- Máy hạ cọc chấn động (Hình 11.7e): Thiết bị này về cơ bản gồm có hai

khối nặng quay ngược chiều nhau Các thành phần lực ly tâm nằm ngang phát sinh do sự quay các khối nặng triệt tiêu lẫn nhau Kết quả là lực thẳng đứng động hình sin được sản sinh và dẫn cọc đi xuống

Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc: (e) máy đóng cọc kiểu

rung động; (f) ảnh máy hạ cọc chấn động (Được phép của Michael W O'Neill, Đại học Houston)

13

- Xói nước là kỹ thuật đôi khi được dùng

trong đóng cọc khi cọc cần xuyên qua lớp

đất cứng mỏng (như cát và sỏi sạn) phủ

bên trên lớp đất yếu hơn Theo kỹ thuật

này, nước được xả ra ở mũi cọc qua một

ống đường kính 50-75 mm (2-3 in.) để rửa

và làm tơi cát, sỏi sạn

- Cọc xoắn:

Hình 11.8 Công tác đóng cọc ở hiện trường.

Trang 38

b) Cọc đúc tại chỗ:

được đúc bằng cách tạo một lỗ khoan

(bằng đóng ống thép hoặc nổ mìn)

trong đất, sau đó đặt cốt thép nếu

cần, rồi đổ đầy bê tông vào và đầm

chặt bê tông trong hố Có nhiều

loại cọc bê tông đổ tại chỗ khác

nhau hiện được sử dụng trong xây

dựng, và hầu hết đã được các nhà

sản xuất cấp bằng sáng chế Các

cọc này được phân thành hai loại

chính: (a) cọc đổ theo khuôn và (b)

cọc đổ không theo khuôn Cả hai

loại có thể có chân đế ở đáy

15

Cọc đổ theo khuôn : được tạo ra bằng cách đóng ống chống bằng thép vào

đất với sự trợ giúp của một trục lõi đặt bên trong ống Khi đạt tới độ sâu yêu cầu thì rút trục lõi lên và đổ đầy bê tông vào ống chống Hình 11.4a, 11.4b, 11.4c, và 11.4d chỉ ra một số ví dụ của cọc đổ theo khuôn không mở rộng đáy Hình 11.4e trình bày cọc đổ theo khuôn mở rộng đáy Phần mở rộng đáy códạng hình bầu bê tông được tạo ra bằng cách đóng búa lên bê tông tươi

Hình 11.4 Cọc bê tông đổ tại chỗ

• Một số đặc điểm chung

về cọc đổ tại chỗ theo

khuôn như sau:

-Chiều dài thông thường:

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	2,42 MB

bài giảng nền móng chương 4 và 5

Phân loại cọc: theo 4 cơ sở

(2) Phương pháp bán kinh nghiệm – Xác định Qs