Bài giảng phần 4 gia cố đất nền nguyễn sĩ hùng

Với đất cát, độ ẩm không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả đầm, còn đất sét hiệu quả đầm phụ thuộc chặtvào độ ẩm Cần quan trắc để kiểm tra độ lún.. Xác định độ chặt của đất sauđầm nén bằng ph

Phần 4: Gia cố đất nền

Đất yếu:

Chỉ tiêu,

loại đất

Trọng lượng riêng γ (kN/m3)

Góc

ma sát trong

ϕ (độ)

Lực dính

c (kN/m2)

Mô đun tổng biến dạng Eo (kPa)

Hệ số rỗng e Độ sệt B

Chỉ số SPT N

Sức kháng mũi qc (kPa) Đất sét < 17 < 10 < 10 < 5000 e > 1,1 B > 1 N < 5 qc < 500 Đất cát

bụi < 17 < 10 < 5000

e > 0,8 (cát bụi) N < 5 qc < 1000

Đất bùn: (ven biển, đầm lầy, ao hồ)

Lưu ý :

Bùn sét đến khi khô hạn thì

bị nứt nẻ

Thành phần : di tích thực vật + cát + sét

Độ ẩm lớn: W > Wch

Hệ số rỗng lớn: e > 1 với cát pha sét và e > 1,5 với đất sét Góc ma sát ϕ ~ 0

E0 = 100÷2500 kPa

Cát mịn, xốp, bão hòa nước

Sét, á sét trạng thái nhão

Á cát bão hòa nước

Lún nghiêng

quá mức

Trượt đất

Lún lệch làm nứt

nẻ kết cấu bên trên, rất

nguy hiểm

Các gi ả i pháp khi xây d ự ng công trình

Móng nông

Tăng kích thước móng

Gia cố đất nền

Móng sâu

CÔNG

TRÌNH

Thay đổi độ sâu chôn móng theo chiều dày lớp đất

yếu sao cho chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng xấp xỉ nhau ở các vị trí (lưu ý chỉ áp dụng khi chiều dày lớp đất yếu biến đổi không lớn lắm) Các phương án đi ề u ch ỉ nh k ế t c ấ u công trình phù

h ợ p v ớ i đ ấ t n ề n

Thay đổi bề rộng móng theo chiều dày lớp đất yếu

(lưu ý chỉ áp dụng khi chiều dày lớp đất yếu biến

đổi không lớn lắm)

Thay đổi phương án móng theo chiều dày lớp đất yếu + khe lún (lưu ý : áp dụng khi chiều dày lớp

đất yếu biến đổi lớn, đột ngột )

Tách công trình thành nhiều đơn nguyên khi đất nền thay đổi hoặc khi tải trọng thay đổi và mặt

bằng phức tạp

Làm mềm hóa công trình để công trình cùng lún với

đất nền

Ống cấp nước dài 11,7m, đường kính 1,5÷1,7m

Đường ống đi qua nhiều đoạn địa chất yếu, biến đổi nhiều, nguy cơ lún lệch cao Giải pháp : mềm hóa tuyến ống bằngcách sử dụng ống ngắn trong vùng địa chất yếu (2m;3m;4m)

C ả i t ạ o đ ấ t n ề n : Đ ấ t n ề n s ẽ đư ợ c c ả i thi ệ n khi c ả i

thi ệ n các thông s ố như ϕ, γ, c, K

Khi cải thiện một thông số, các thông số còn lại

cũng được cải thiện theo:

- Tăng trọng lượng riêng γ; làm giảm hệ số rỗng e,

Mục đích xử lý:

- Tăng cường độ;

- Giảm độ lún;

- Tăng tốc độ lún

Phương pháp đ ầ m nén, tăng γ , phù h ợ p nh ấ t cho đ ấ t

r ờ i, đ ấ t thoát nư ớ c t ố t

Không dùng Rất tốt

Độ sâu ảnh hưởng đầm có thể lên đến 10m, khi quả năng rơi ở độ cao lớn (quả nặng >1T rơi từ độ cao

Với đất cát, độ ẩm không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả đầm, còn đất sét hiệu quả đầm phụ thuộc chặt

vào độ ẩm

Cần quan trắc để kiểm tra độ lún Xác định độ chặt của đất sauđầm nén bằng phương pháp dao vòng, rót cát, SPT, CPT

Đầm từng lớp, các vết lõm cách nhau khoảng 0,5 đến

1m, lớp trên và dưới đầm so le nhau (khoảng cách

vết lõm cần được tính toán cụ thể)

Đầm bề mặt bằng

lu hoặc bằng đầm tay

Một số lưu ý khi thi công đầm đất

1 Đầm theo từng lớp, đầm từ ngoài vào trong;

2 Khi mực nước ngầm cao cần có đệm cát dày tối thiểu

0,5m để tạo biên thoát nước

3 Đầm thành 2 đến 5 lần để áp lực lỗ rỗng tiêu tan dần Với đất sét khoảng cách các đọt đầm là 1 đến 4 tuần, với đất cát là 1 đến 2 ngày, thậm chí đầm liên tục

4 Phải có giải pháp giảm chấn cho những công trình liền kề

Phương pháp đ ầ m rung sâu – Phù h ợ p v ớ i đ ấ t r ờ i

Thiết bị: Đầm rung chạy điện hoặc thuỷ lực có độ lệch tâm về trọng lượng, dạng ống dài 2,5÷5m, đường kính

0,3÷0,5m Cẩu trục để định vị và di chuyển

Trong quá trình đầm, bơm nước vào trong đất để đạt

hiệu quả đầm nén cao

Sau quá trình nầm nén sẽ

để lại một chỗ lõm trên

bề mặt cần lấp bù bằng

đất cát

Loại đất Hiệu quả Phạm vi ảnh hưởng (ft) Cát hạt đều có <5% hạt bụi,

Khá Không nên dùng Không nên dùng

9 - 11 7,5 - 9

6 - 7,5

-

-

Phương pháp VC có hiệu quả ở đất rời thoát nước dễ

Mặc dù phần nhiều có hiệu quả dưới mực nước ngầm nhưng VC cũng có hiệu quả cả ở trên mực nước ngầm Giới hạn việc cải tạo này trong đất bụi,

khi cần phải có cọc vật liệu rời.

So sánh tác dụng đầm nông và đầm sâu

C ọ c v ậ t li ệ u r ờ i (cát, s ỏ i ) làm gi ả m h ệ

s ố r ỗ ng t ự nhiên e0 và tăng góc ma sát ϕ cho đ ấ t n ề n – Phù h ợ p v ớ i đ ấ t

dính

Yêu cầu :

- Cát dùng cho cọc cát là cát hạt trung hoặc cát hạt to;

- Đệm cát phải được đầm chặt;

Ngoài cát có thể dùng đá dăm, sỏi làm cọc vật liệu rời

Ngoài cát có thể dùng đá dăm, sỏi làm cọc vật liệu rời

Nếu bố trí cọc theo sơ đồ tam

Các chỉ tiêu của đất nền sau xử lý tỷ lệ thuận với tỷ lệ

f =(diện tích cọc cát/diện tích đất xử lý) = Fc/F

Dùng các thí nghiệm

hiện trường như xuyên tĩnh, bàn nén

hiện trường, thí nghiệm cắt cánh để thử lại các chỉ tiêu

cơ lý của đất sau xử

lý

Cọc cát làm rộng hơn

bề rộng móng tối

thiểu 0,2b

Thay đ ấ t y ế u trên b ề m ặ t n ế u l ớ p này m ỏ ng (<= 3m)

b ằ ng đ ấ t t ố t (thư ờ ng là cát) – Phù h ợ p v ớ i đ ấ t dính

Đất yếuĐệm cát

Đ ệ m cát thay thay th ế m ộ t ph ầ n đ ấ t y ế u n ế u l ớ p này

dày (> 3m) – Phù h ợ p v ớ i đ ấ t dính

Đất yếuĐệm cát

Vải địa kỹ thuật

Đất yếuĐệm cát

Vải địa kỹ thuật

- Vải địa kỹ thuật ngăn không cho cát bị chìm và đất yếu vàtạo điều kiện đầm chặt lớp đất cát

Đất yếuĐệm cát

Vải địa kỹ thuật

.

(

]

[ 1 2 A b B H ' D c h0

k

m

m p

tc

γγ

=

=

a a

tc

gl h z

y tb

tc y

d d

N H

N A

γ

0

Các bước thiết kế đệm cát

- + Chọn giá trị Hđ bất kỳ (1,5 ÷2,5m);

- + Xác định kích thước đáy đệm cát ;

- + Xác định ứng suất nén σdy tại đáy đệm cát;

- + Xác định sức chịu tải tính toán [p] của đất yếu;

- + So sánh kiểm tra điều kiện σdy <= [p];

- + Kiểm tra yêu cầu tiết kiệm theo điều kiện ([p] - σdy) < δ[p] với δ thường chọn trong khoảng 0.05 ÷ 0.10

Kiểm tra độ lún

- S = (Sđ + Sn) <= [S]

l b

Xác định hd : Có thể căn cứ vào áplực tiêu chuẩn R1 của đệm cát ở

độ sâu h và áp lực tiêu chuẩn R2của đất yếu ở độ sâu Hy

B K

hd =

- R1 và R2 có thể xác định theobảng tra hoặc thí nghiệm bànnén hiện trường

[ ( R1 / R2); ( l / b ) ]

ϕ = 80

, R2 = 90 kPa

Đệm cát, γ = 19,5 kN/m3, R2 = 210 kPa

Móng băng, h = 1,8m , b = 2,0m, ΣNtc =

300 kN/ 1m dài

B K

hd = K ∈ [ ( R1 / R2 ); ( l / b ) ]

3 , 2 9

, 0 / 1 , 2

=

K

6 , 2 2

3 , 1

= K B

hd

- Kiểm tra chiều dày đệm cát:

, 1 17 6

, 2 5

m

6 , 2

kPa F

N h

tc tb

1861

.2

3008

N b

tc

dy 4 , 3

1 70

300

B b

A k

.

(

1

=

+ +

Hiệu quả phương pháp chất tải trước sẽ tăng khi kết hợp với

các vật thoát nước thẳng đứng (bấc thấm, giếng cát)

Hút chân không

5

4 6

ống thoát nước

Màng chân không

trải trên toàn bộ

không

Nước trong đất thoát ra do cốkết chân không

C ọ c tre, c ọ c tràm làm ch ặ t đ ấ t dính ư ớ t, bùn

Cừ tràm, cọc tre được sử dụng từ thời Pháp (Nhà hát lớn, chung

cư Thanh Đa, vv)

Tràm, tre được đóng với mật độ 25

cọc/m2

Yêu cầu đối với cọc tre :

- Tre già trên 2 năm tuổi, thẳng

(không cong quá 1cm/m), tươi;

- Dùng tre đặc hoặc rỗng có bề dày

10 ÷ 15mm;

- Đường kính ≥ 60mm

Đóng cọc tre, cọc tràm rộng hơn diện tích đài móng Tre, tràm

tạo với đài móng thành khối móng, đẩy cung trượt xuống

đất tốt phía dưới

Trị số R c (t/m2) Các loại đất rời ở trạng thái chặt vừa

Sỏi Cát to trung Cát Cát nhỏ Cát bụi

Cường độ đất nền sau gia cố nên xác định bằng nén tĩnh Có

thể tham khảo bảng sau (Tô Văn Lận, ĐHKT HCM):

Cọc lưới của hãng Augeo –

Hà Lan

Cọc bê tông thành mỏng PCC – Trung Quốc

C ọ c xi măng đ ấ t – G ắ n k ế t đ ấ t, ch ố ng trư ợ t, làm

tư ờ ng ch ắ n đ ấ t

TCXDVN 385-2006

Hình 8: Nguyên lý và quy trình phương pháp bơm phụt vữa ximăng

Bơm cao,áp và

dung dịch

Drilling machine 1) Bắt đàu ấn mũi xuống

3) Xoay và rút lên

Cọc ximăng- đất

4) Kết thúc một cọc

Cọc măng đất Đáy hố đào

xi-Hinh 1: Quang cảnh đường hầm Kim Liên

Khẩu U.9 Khẩu U.8

Cọc Xi măng – đất không được xem như cọc điển hình (BTCT

hay Thép ) Đất sau khi gia cố vẫn tính theo phương pháp áp dụng với nền tự nhiên nhưng có các chỉ tiêu cơ lý

đã được cải thiện

Phương pháp silicat hóa

Mục đích: Bơm vữa silicat và trong đất, tạo ra cấu trúc

mới (loại đất rời thành khối) ổn định đất vùng làm tuy nen, màn chắn nước Chống thấm cho đất cát

và sỏi sạn có <18% hạt bùn cát và <2% sét.

Dùng vữa xi măng hoặc vữa silicat và vữa hóa chất

khác có thể bơm 1 hoặc 2,3 đợt Tùy vào thành phần hạt của đất để chọn và mục đích áp dụng Để

hình thành cấu trúc mới cho sỏi sạn thì dùng xi măng Portland và nước Đối với cát mịn vừa và thô thì dùng vữa hóa chất (thường là sodium silicate

hoặc acrylate và polyurethane).

Phương pháp bơm ép

Mục đích : Làm chặt đất bằng cách bơm vào đất dung dịch ít lưu động, độ sụt thấp Vữa bơm này

sẽ trương nở khi đóng rắn và nén chặt đất quanh

lỗ bơm, tạo thành cột đất gia cường Hiệu quả: giảm lún cho móng, giảm lún do động đất và hoá lỏng, giảm dòng chảy ngầm hoặc ổn định hang

hốc trong vùng karst.

Bơm ch ỗ khe n ứ t

Xe bánh xích gợi ý tưởng cho Top-Base

- Top-Base là một lớp vật liệu nhân tạo ngăn cách kết cấu

móng (nông) thực sự với nền đất tự nhiên nhằm làm tăng khảnăng tiếp nhận tải trọng của đất nền và làm giảm độ lún củanền, giảm thời gian cố kết của đất

Nguyên lý móng Top-Base

- Lớp TB gồm các khối BT có dạng con quay thẳng đứng đượcchèn bằng vật liệu rời (hiện sử dụng đá dăm).

- Phần tử chính của lớp TB là khối BT dạng con quay (gọi làtop-block)

- Top-block có dạng như hình vẽ là loại được sử dụng phổ

biến hiện nay trong xử lý nền công trình xây dựng Ngoài ra, top-block kích thước 2000mm được sử dụng trong xử lý nềncho công trình biển

Đá dămĐất yếuThép liên kết

Công nghệ Hàn Quốc

Công nghệ Nhật Bản

2

4

3

5

- Móng Top-Base có tácdụng dàn đều ứng

suất dưới đáy móng, tránh trượt cục bộ,

trượt sâu, giảm lún

lệch

- Móng Top-Base chốngchuyển vị ngang củađất dưới đáy móng

- Đất dưới móng Top-Base hầu

như không có biến dạng ngang

khi ứng suất = 40% sức chịu tải

- Đất dưới móng Top-Base biến dạng rất ít so với móng bê tông khi ứng suất = 100% sức chịu tải

- Móngthường

bị trượt

- Móng

Top-Base không

bị trượt

- Móng Top-Base giảm lúnrất hiệu quả (có thể giảm 5 lần so với móng bè bê tông)

- Móng Top-Base có thể làmtăng sức chịu tải lên gấp 2

- Giảm hơn 70% độ lún

- Thí nghiệm bàn nén

trên đất tự nhiên ở Hải

Phòng

- Từ biểu đồ nén lún, xácđịnh Pgh = 105 kPa, Ptc

= 35 kPa

- Thí nghiệm bàn nén

trên nền Top- Base tại

HP, Từ biểu đồ nén lún, xác định Pgh = 460 kPa,

Ptc = 153 kPa

- Thí nghiệm bàn nén trên nền Top- Base tại HP, cho thấysức chịu tải tăng lên 5 lần (Ptc = 35 kPa lên Ptc = 153 kPa)

Top- Base đã

áp dụng

thành công nhiều nơi

Top- Base kết hợp móng cọc cho nhà cao tầng

là giải pháp tiết kiệm hiệu quả

22 T

1,5 cm độ lún)