Giáo trình nền móng - chương 3 Nền gia cố , TS.Nguyễn Đình Tiến

- Phạm vi ứng dụng: Nền gia cố cọc cát thích hợp với trường hợp tải công trình không lớn, lớp bên trên mềm xốp nhưng không thuộc các loại nhạy với tải trọng động.. Bố trớ cọc cỏt - Thi

Ii - nền gia cố

Định nghĩa: Người ta tỏc dụng cơ học, vật lý, hoỏ học nền làm nền đất tốt lờn (khả

năng biến dạng giảm, sức chịu tải tăng ) gọi là nền gia cố

+ Tỏc động cơ học: Đầm, lốn ( cọc cỏt ), nộn trước ( + thoỏt nước ), nổ mỡn, bệ phản ỏp

+ Tỏc động vật lý học: Điện thấm, hạ nước ngầm

+ Tỏc động hoỏ học: Phụt vữa xi măng, thuỷ tinh lỏng, hoỏ chất

Sau khi gia cố nền đất đó khỏc hoàn toàn so với trước cần cú đỏnh giỏ để thiết kế nền múng Hiện nay thiết kế nền gia cố cũn thiếu những chỉ dẫn, những thống kờ tin cậy Nội dung thiết kế múng nụng trờn nền gia cố so với phần A (nền tự nhiờn)

cú thờm phần thiết kế nền, bao gồm:

- Bước 1 - Tài liệu

- Bước 2 - Chọn hệ múng và nền gia cố

- Bước 3 - Vật liệu múng và cỏc đặc trưng

của vật liệu nền gia cố (sẽ cụ thể ở cỏc phần

sau )

- Bước 4 - Chọn hm

- Bước 5 - Chọn cỏc đặc trưng múng bxlxh

và cỏc đặc trưng gia cố

- Bước 6 đến 11 - Tương tự phần múng

nụng trờn nền tự nhiờn với lưu ý rằng phải

khảo sỏt lại nền gia cố để đỏnh giỏ gia cố và

cú cỏc số liệu để hiệu chỉnh lại múng đó thiết

kế sơ bộ (điều này khụng làm được trong Đồ

ỏn Nền múng, bởi vậy chấp thuận qui ước

rằng sau khi gia cố nền tốt lờn, cú cỏc đặc trưng cơ lý lấy theo kinh nghiệm)

II.1 - Biện pháp đệm gia cố nền

Nguyên lý: Thay thế 1 phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bờn trờn bằng cỏc lớp đất cú

tớnh chất phự hợp và đầm lu chặt (cỏt trung, thụ, cuội sỏi hay đất cấp phối được đầm lu từng lớp → đệm với γđ, qcđ, cđ )

Công dụng: giảm lỳn, tăng khả năng chịu tải, tăng tốc độ cố kết của nền

Phạm vi ứng dụng: cụng trỡnh tải trọng nhỏ, cụng trỡnh xõy dựng đường, lớp yếu

khụng dày, h1 ≤ 4m

Tài liệu

Hệ móng và Nền gia cố

Vật liệu móng nền gia cố.

h m

- bxlxh

- Đặc trưng gia cố

Bước 7

Bước 8

Bước 9

- Công trình.

- Nền.

- Các tiêu tuẩn thiết kế: Sgh, [

ΔS/L]

- Đơn, băng, bè

- Mác bê tông , thép Ra

- Lớp đệm lót, lớp bảo vệ.

- Cát làm đệm.

- Kích thuớc móng, đệm.

- Ví dụ đệm cát : cát vàng loại cát trung đuợc đầm từng lớp

20 - 30cm, đến chặt vừa qc=

800 T/m2; α =300, hđ ≤ 1,5 m;

ứng suất đáy móng

Kiểm tra kích thước đáy

Kiểm tra chiều cao h o , tính Fa

Cấu tạo, bản vẽ

Bước 2

Bước 3

Bước 4

Bước 5 Bước 1

Bước 6

http://www.ebook.edu.vn - 34 -

b x l

p2

σ z (p- '.h ) γ mđ đ

b x l

σ z bt

- Trình tự tính toán:

+ Bước 1 - Tài liệu

+ Bước 2 - Chọn hệ múng và nền gia cố

+ Bước 3 - Nền gia cố cú cỏc đặc trưng vật liệu:

vớ dụ cỏt vàng loại cỏt trung chặt vừa, rải từng lớp

khoảng 30cm, đầm đến chặt vừa, qc = 800T/m2 ữ

1200 T/m2, hay e = 0,6ữ0,7

Kích thước: hđ tự chọn; α = 30ữ450

;β = 45ữ600 hay thẳng đứng tuỳ vào loại đất và việc gia cố hố đào → lđ

x bđ = ( l/b ) + 2hđ tgα

+ Bước 4 - Chọn hm

+ Bước 5 - Chọn cỏc kớch thước múng b x l x h (h0) và cỏc đặc trưng của nền gia

cố

+ Bước 6 - Tớnh ứng suất dưới múng p, p0 và ỏp lực gõy lỳn pgl

ƒ Nếu móng cứng: pmax, min =

W

M h F

N

m

0 + γ ±

ƒ Nếu múng mềm p được xỏc định từ bài toỏn dầm, bản trờn nền đàn hồi

→ Hệ phương trình Độ võng trục dầm, bản p = f1(z)

Mô hình nền p = f2(s) ( = f2(z) ) + Bước 7 - Kiểm tra kớch thước đỏy múng b x l (b: băng)

- p≤R, pmax≤1,2R

- p2≤R2,, p2max≤1,2R2 (Nếu mặt đất tương đối phẳng và thay thế một phần hoặc lớp 2 yếu hơn lớp 1)

- S≤Sgh

- Bước 8ữ10- Tương tự phần nền tự nhiên

- Bước 11 - Bản vẽ có thêm phần thể hiện đệm , các ghi chú về đệm và thống kê vật

liệu

II.2 - Biện pháp cọc cát

- Nguyên lý: Lèn chặt lớp đất xốp bên trên bằng ống kín (đường kính d) với lực

rung lắc, tạo thành những hố rỗng trong đất rồi nhồi cát, sỏi, đá dăm vào hố, đồng thời đầm hay rung

- Công dụng:Làm như thế đất chặt lên e0→enc Ngoài ra cọc cát có thể có công

dụng thoát nước, tăng khả năng chịu tải (Ro →Rnc) giảm lún (Eo→Enc)→ tăng nhanh tốc độ cố kết của nền

- Phạm vi ứng dụng: Nền gia cố cọc cát thích hợp với trường hợp tải công trình

không lớn, lớp bên trên mềm xốp nhưng không thuộc các loại nhạy với tải trọng

động

Ví dụ các loại sét có hàm lượng sét cao, cố kết chậm, bão hoà, các loại bùn

Bố trớ cọc cỏt

- Thiết kế nền cọc cát

Khi thiết kế sơ bộ có thể chấp nhận giả thiết rằng cọc cát chỉ nén chặt vùng đất, thể

tích nén chặt đúng bằng thể tích cọc, đặc trưng W = const

- Dụng cụ: ống thép hay cọc gỗ

- Vật liệu: thường dùng cát vàng hạt trung thô, đổ từng lớp ≥50cm và rung hay đầm

đồng thời kéo dần ống lên

- Diện tích cần nén chặt Fnco rộng hơn đáy móng Theo kinh nghiệm diện tích cần

nén

chặt rộng hơn đáy móng ≥ 0,2b về các phía (hỡnh vẽ)

→ Fnc ≥ 1,4b(l + 0,4b) (móng đơn, bè)

≥1,4b (móng băng)

- Hệ số rỗng sau khi gia cố enc Kinh nghiệm cho thấy có thể chọn enc≈0,6ữ0,8 đối

với đất nền thuộc loại rời hay:

enc = Δ(Wd + 0,5φ) với φ= Wnh- Wd

đơn giản hơn enc≈e0 - (khoảng trên dưới 0,3)

- Đường kính cọc cát d = 0,3ữ0,8m ( thường chọn 0,4ữ0,6m)

- Số lượng cọc:

0

0

2 . 1

e e d

F

+

ư

≥

π

- Khoảng cách cọc: Thường bố trí dạng Δđều L≤0,952.d

nc e e

e

ư

+

0 0

1

- Chiều dài cọc hc: chọn sơ bộ theo điều kiện địa chất và bề rộng móng dự kiến

Đệm cát

b x l

60

Cọc cát

thiết bị thi cụng

http://www.ebook.edu.vn - 36 -

- Bề dày lớp đệm hđ≥30cm

Các bước tiếp theo giống như đã nói ở phần đệm

Chú ý: Sau khi thiết kế cọc cát→khảo sát nền đã gia cố (ví dụ xuyên, bàn nén )→điều chỉnh lại thiết kế

Kinh nghiệm ở Thái lan cho thấy cọc cát làm tăng sức chịu tải của nền lên 2-5 lần

và biến dạng giảm từ 3-5 lần

cát làm tăng sức chịu tải và môđun biến dạng của nền đất

Tóm lại: Trình tự thiết kế móng trên nền gia cố nén chặt bằng cọc cát như sau:

Trình tự thiết kế cọc cát

Tài liệu

Chọn phương án móng trên nền cọc cát

Các đặc trưng móng

và nền cọc cát

hm

Chọn các đặc trưng móng và nền

p lực dưới móng

á

Kiểm tra bxh

Kiểm tra h và tính Fao

Các kiểm tra khác

- Địa chất

- Công trình

- Các tiêu chuẩn

- Mác bêtông, thép, lớp lót

- Vật liệu: cát vàng hạt trung, sạch và thi công bằng phương pháp rung ống kín theo qui trình đảm bảo sau gia cố enc =

- Cố gắng nông

d , h , h ,F >1,4b(l+0,4b) > n , L

bxlxh

đ

- p

- p

- pglo

p < R , P < 1,2R

S < Sgh

max

- Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiêng

- Kiểm tra cường độ trên tiết diện đứng

Thí nghiệm xác định

các chỉ tiêu cơ lí

của nền gia cố

> bố trí lưới cọc cátc nc

d

Giếng cát

Bấc thấm

Đệm cát Tải nén trước (thường dùng cát đen ẩm)

(Có nhiều loại)

Nước

II.3 Nén trước kết hợp với thoát nước đứng

(ứng dụng hiệu quả với nền cố kết chậm) Nguyên lý cấu tạo của biện pháp thoát nước đứng bằng giếng cát hay bấc thấm

+ Giếng cát: khoan tạo lỗ d→đổ cát vàng vào hố→đệm cát vàng có bề dày ≥ 0,5 m

Khi có áp lực tác dụng→ quá trình cố kết xảy ra→ tốc độ cố kết tăng

+ Bấc thấm: Về nguyên lý thoát nước tương tự giếng cát

Cấu tạo bao gồm 2 phần:

- Lõi: bằng chất dẻo, dầy 2ữ3,5mm, có rãnh, đường dẫn nước

- Vỏ lọc: bằng vật liệu tổng hợp, chỉ cho nước trong đất thoát qua Bấc thấm có khả năng thi công cơ giới hoá cao

Các đặc trưng:

Giếng cát: Cát vàng vừa-to, đường kính d(r), bố trí Δđều cạnh L, chiều dài

hg, bề dày đệm hđ(≥50cm)

Bấc thấm: Loại bấc thấm → qui đổi về giếng d =

2

b a ) b a (

π +

- Nén trước:

Trước khi xây dựng móng hoặc phần trên, người ta chất tải nén trước (thường dùng cát đen tưới ẩm) với thời gian nén là tnt→ quá trình cố kết xảy ra, và quá trình này

được thúc đẩy nhanh khi kết hợp với vật thoát

nước→ nền đất chặt lên, ”tốt” lên nhiều→ khi

xây dựng công trình có thể S nhỏ, thậm chí

không

lún nếu chọn tải nén trước và thời gian nén

trước (tnt) thích hợp

Đặc trưng của phương pháp nén trước:

pnt, tnt, Bnt ( nếu dùng cát đen pnt = γc.hnt )

Thường p = 1-2p công trình và chú ý tốc độ gia tải

Pnt

bnt

http://www.ebook.edu.vn - 38 -

Nội dung thiết kế nền:

Chọn trước các đặc trưng của phương pháp ⇒ tính toán

Cơ sở lý thuyết: bài toán cố kết thấm đối xứng trục

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

=

∂

∂

r

u r r

u C z

u C

t

u

h

2

2 2

cố kết đứng cố kết ngang

r- Khoảng cách từ điểm đang xét tới tâm của giếng

Cv, Ch- hệ số cố kết đứng, ngang

Kết quả lời giải

St = U.S trong đó

U- độ cố kết

U = 1 - M z (v).M r

Mz- Tra bảng, biểu đồ theo Tv = 2

h

t

C v

, Mr- tra theo Tr = 2

4

.

R

t

C h

Bài toán 1: Cho trước t0→U→St

Bài toán 2: Cho trước U→t0

Trình tự thiết kế:

- Bước 1: Tài liệu

- Bước 2: Chọn hệ móng và nền gia cố nén trước kết hợp vật thoát nước đứng

- Bước 3: Vật liệu móng và sơ bộ chọn theo kinh nghiệm

- Các đặc trưng vật liệu nén trước

- Các đặc trưng vật liệu của vật thoát nước

- Bước 4: Chọn hm

- Bước 5: Chọn bxlxh và các đặc trưng gia cố khác

- Bước 6: Tính p, p0, pgl

- Bước 7: Kiểm tra kích thước đáy móng (Sau này phải khảo sát hiệu quả gia cố

thiết kế→ tính lại)

L R

+ Kiểm tra khả năng chịu tải của nền (với tốc độ gia tải hợp lý): lấy theo kinh nghiệm p < Rgc

pmax≤1,2Rgc

Ví dụ cũng lấy: Rgc = 3 - 5.R0 ( R0- sức chịu tải trước khi gia cố )

+ Kiểm tra S < Sgh

Độ lún do nén trước kết hợp vật thoát nước St tính được theo kinh nghiệm hoặc lấy tương ứng bằng 0,8 0

tnt

S với 0

tnt

S - độ lún dự báo do nén trước pnt trong trường hợp không có giếng cát S = S0 - St với S0 - độ lún dự báo do tải trọng công trình gây

ra

- Bước 8: Kiểm tra chiều cao móng và tính cốt thép

Chú ý thêm việc tính toán cường độ móng trong giai đoạn thi công với tải trọng tác dụng lên hệ móng là tải trọng nén trước Các bước tiếp theo tương tự như ở phần trước

II.3 VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

1 Cấu tạo: Vải địa kỹ thuật được chế tạo từ Polymer tổng hợp, dạng tấm hoặc

băng dài (từ vài chục m đến 300m/cuộn), chia thành hai loại dệt và khụng dệt Vải địa kỹ thuật cú tớnh dai, bền, thoỏt nước hoặc cỏch nước

2 Cụng dụng: Trong nhiều cụng trỡnh đất đắp, vải địa kỹ thuật được dựng với cỏc

chức năng sau:

+ Ngăn cỏch cỏc lớp đất

+ Tiờu nước, lọc hoặc ngược lại làm lớp cỏch nước (chống thấm), cụ lập vựng ụ nhiễm, vựng cú cỏc ổ mối…

+ Gia cường tăng độ ổn định, giảm biến dạng của nền hay khối đắp, tường chắn Trong trường hợp này gọi chung là đất cú cốt

+ Bảo vệ, chống xúi mũn cho mỏi dốc, khối đất, chõn cầu…

Thụng thường vải địa kỹ thuật đảm nhiệm nhiều chức năng như trờn

1 phõn cỏch 2 tiờu thoỏt nước 3 thấm 4.Bảo vệ 5 gia cố đất

6 gia cố nền đường 7.Gia cố mỏi dốc

http://www.ebook.edu.vn - 40 -

3 Các đặc tính của vải địa kỹ thuật

Bao gồm các đặc tính về khối lượng riêng, kích cỡ lỗ, kích cỡ tấm vải, vận tốc thấm, cường độ chịu kéo, xé rách đâm thủng, độ dãn dài, độ bền, khả năng chịu nhiệt, ánh sáng, ma sát giữa vải và đất…

4 Thiết kế sử dụng vải địa kỹ thuật theo chức năng

4.1 Thiết kế lớp vải địa kỹ thuật để ngăn cách các lớp đất khác nhau:

Trường hợp này hay gặp trong lĩnh vực đường ôtô, máy bay, sân gôn, nền nhà Vải địa kỹ thuật được dùng ngăn cách lớp đá dăm, cát vàng với lớp đất nền

- Tính toán chống phồng của Vải địa kỹ thuật do tác động của các viên đá dăm, sỏi cuội

- Tính toán chọc thủng:

- Tính toán chịu kéo:

4.2 Thiết kế Vải địa thuật để tiêu nước, lọc

Nội dung bao gồm:

- Tính thấm

- Giữ đất lại

- Tính bền lâu, khi vải bị bịt kín

4.3 Thiết kế Vải địa kỹ thuật để gia cường

Nội dung tính toán các lớp vải địa kỹ thuật trong nền gia cố, tường chắn, mái dốc bao gồm hai nội dung cơ bản:

- Tính toán ổn định (trượt, lật)

- Tính toán độ lún, độ lún lệch

Có thể tham khảo trình tự thiết kế trong chỉ dẫn của BS-8006: 1995

A A

A

A A

Hiện nay những tính toán này sử dụng phần mền Plaxis, GeoSlope đang phổ biến

và có độ tin cậy cao

Tính toán nền đắp gia cố vải địa kỹ thuật bằng chương trình Plaxis

Tài liệu tham khảo

1- Tiêu chuẩn thực hành Đất và các vật liệu đắp khác có gia cường (có cốt) Tiêu chuẩn Anh BS 8006:1995 – Nhà xuất bản Xây dựng

2- Đất xây dựng - Địa chất công trình và kỹ thuật cải tạo đất trong xây dựng Trường Đại Học Xây Dựng -Nguyễn Ngọc Bích – Nhà xuất bản Xây dựng

3 – Công nghệ mới xử lý nền đất yếu

Nguyễn Viết Trung – Nhà xuất bản giao thông vận tải

http://www.ebook.edu.vn - 42 -

Luyện tập chương I

Nền gia cố

Phần lí thuyết

1 Nờu nguyờn tắc thi cụng, cụng dụng của 3 biện phỏp gia cố nền thường dựng trong thực tế xõy dựng

2 Trỡnh bày về biện phỏp đệm cỏt gia cố nền:

- Nguyờn lý cấu tạo thi cụng( cú vẽ hỡnh)

- Cụng dụng

- Những đặc trưng cần thiết kế(vật liệu, kớch thước)

- Nờu điều kiện xỏc định đỏy múng trờn nền đệm cỏt thay thế 1 phần lớp đất yếu

3 Tương tự trỡnh bày về biện phỏp cọc cỏt gia cố nền

4 Tương tự trỡnh bày về biện phỏp nộn trước kết hợp vật thoỏt nước đứng

Phần bài tập

1) Kiểm tra kích thước đáy móng băng dưới tường trên nền đệm cát theo điều kiện sức chịu tải của lớp đất dưới đáy đệm Cho biết :

- Độ sâu móng hm =1 m, bề rộng móng b= 1,5m và áp lực tính toán dưới đáy móng coi là đêu p = 20T/m2

- Lớp đất bên trên cần gia cố thuộc loại sét pha dẻo nhão dày 3m có ϕ= 8o

; c = 1T/m2;

γ = 1,75T/m3

- Nền đệm cát : cát vàng loại cát trung, được rải từng lớp 30cm và đầm tới chặt vừa

qc=800T/m2; γ = 1,T/m3

Bề dày lớp đệm hđ =1m

2) Xác định số lượng cọc cát gia cố nén chặt đất, khoảng cách cọc và bố trí cọc cát trên mặt bằng trong trường hợp móng đơn dưói cột như sau:

- Kích thước đáy móng bxl = 2x3 m, chôn sâu 1,2m

- Lớp đất yếu bên trên cần gia cố dày 6,5m thuộc loại cát pha dẻo( B=0,8) có hệ số rỗng eo= 0,996; qc =165T/m2; γ = 1,75T/m3; ϕ= 14o

; c = 0,85 T/m2

- Cọc cát: Vật liệu là cát vàng thuộc loại cát trung, lèn chặt bằng phương pháp rung

Đường kính d =0,4m; dài 4,8m

- Lớp đệm cũng là cát trung dày 0,5m

( Tự chọn diện tích cần nén chặt và hệ số rỗng sau nén chặt enc hay etk)

3) Dự kiến xây dựng công trình nhà ở 5 –6 tầng trên khu vực địa chất có đặc điểm như sau Nền đất gồm 3 lớp:

+ Lớp đất 1 có bề dày thay đổi 2,5 – 4m, thuộc loại sét pha B =1,1

+ Lớp đất 2 có bề dày tương đối đều 2m, thuộc loại sét B =0,7

+ Lớp đất 3 là cát nhỏ có qc = 610 T/m2, bề dày lớn

Hãy đề xuất phương án móng khả thi