Xử lý nền yếu trong xây dựng (xuất bản 2011): Phần 2

Tiếp nối phần 1, phần 2 cuốn sách trình bày nội dung chương 3 Gia cố nhân tạo nền đất yếu. Hi vọng cuốn sách này có thể giúp ích phần nào cho các kĩ sư, cán bộ kĩ thuật xây dựng, địa kĩ thuật dùng làm tài liệu tham khảo trong công tác của mình.

Khi nền thiên nhiên không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và bị biến dạng nhi:u thì tiến hành xử lí nền nhân lạo để làm tàng sức chịu tải, độ bền và giảm mức độ biếndạnt* theo yêu cầu của cô n g trình Có nhiều phương pháp gia c ố nền đất yếu (bảng 3.1) việc lựa chọn phương pháp thích hợp tuỳ thuộc điều kiện địa chất c ô n g trình, địa chấithưý văn khu vực xây dựng, loại cô n g trình và điều kiện kinh tế - kĩ thuật thực tế kh tiến hành xử lí (kinh phí, thiết bị ).

Trong chương này sẽ lần lượt trình bày các biện pháp gia c ố nhân tạo nền đã yếu sau đây:

- Cải tạo sự phân bố ứng suât và điều kiện biến dạng của nền đất yếu bằng đện cát, đệm đất, đá sỏi, bệ phản áp.

- Tãng độ chặt nền đất yếu bằng c ọ c cát, cọ c đất, c ọ c vôi, g iế n g cát nén trước bằig tải trọng tĩnh, nén chặt đất trên mặt và dưới sâu.

- Truyển tải trọng cô n g trình xuống lớp chịu lực tốt ở dưới lớp đất yêu bằng nóng cọc, m óng trụ, giếng chim

Khi lớp đất yếu c ó chiều dày không lớn nằm trực tiếp dưới m ó n g côníỉ trình (sc đ ổ 2 chương 1) thì c ó thê dùng các biện pháp xử lí nhân tạo như đệm cát, đệm đất, đệm d , bệ phản áp để làm tăng khả năng chịu lực và hạn c h ế mức độ biến dạng (đặc biệt làbiến dạng không đều) của đất nền dưới tác dụng của tải trọng c ô n g trình.

Trong thực tế, thường dùng đệm cát, đệm sỏi, đệm đất để thay thế lóp đất y a có chiều dày nhỏ hơn 3m dưới m ó n g tường, m ó n g cột trong các c ô n g trình dân dụig và

cô n g nghiệp, dưới bản đáy các c ô n g trình thuỷ lợi

Bệ phản áp được dùng cho nền đường là bùn lầy, nhằm khống c h ế khả năng phát riổn vùng biến dạng d ẻo khi c ó khối đắp

Các biện pháp trên bị hạn c h ế khi lớp đất yếu có chiều dày lớn hoặc trong lớp đâ yếu

th an bùn ) và tliav ihế bằng dất cát có cường độ chống cắt lớn, dễ thi cô n g và là vật liệu

đ ị a p h ư ơ n g L ó p cál được thay thố này 2ỌÍ là tầng đệm cát:

B ả n g 3.1 N h ũ n g phương p h á p x ử lí n ề n n h â n tạo

Qíc phươnR pháp

xử lí nền nhân tạo

Dạng nen và các khả nãrm

3 Dùng tia lửa điện

- G iảm kích thước món« và độ sâu chôn m ó n s do sức chịu của đất nền tăng nên.

N g o à i ra do thi côn SI đơn man, không, đòi hỏi các ihiết bị phức tạp nên sử dụng tương đôi rộng rãi Tuv nhiên khôns nên sử dụng tầns đệm cát trong các trường hợp sau:

- Lớp đất vếu cần thay thế khá dày, chiều dày trên 3m VI khi dó thi c ô n2 khó, chi phí lớn.

- Mực nước ngầm cao và nước c ó áp, vì cần phải hạ thấp mực nước ngầm và tầng đệm cát không ổn định (xói ngầm, hoá lỏng).

2 T h iết k ế lớp đệm cát

Khi thiết kê lớp đệm cát, yêu cầu phải bảo đảm các điều kiện sau đây:

- Lóp đệm cát ổn đ ịn h dưới tác dụng của tải trọng c ô n g trình.

- Áp lực trên mặt lớp đất ở đáy lớp đệm do tải trọng cô n g trình phải nhỏ hơn áp lực

- Đ ộ lún toàn bộ cúa lớp đệm và lớp đất nằm dưới c ũ n s như độ lún không dcu của

m óng phải nhỏ hơn giá trị giới hạn quy định trong quy phạm thiết k ế nền.

Thiết k ế đệm cát bao gồm: xác định kích thước lớp đệm, độ lún toàn bộ của m óng xây trên đệm và vật liệu làm lớp đệm.

a) Kích thước đệm cát

Khi có đệm cát, nền đất trớ thành m ôi trường gần 2 lớp (Lớp đệm cát và lớp đất yếu)

có tính chất hoàn toàn khác nhau, lớp đệm cát có kích thước giới hạn còn lớp đất vốu có kích thước phát triển vô hạn theo 2 hướng D o vậy, trạng thái ứng suất khá phức tạp, khác với các trường hợp đề cập trong giáo trình cơ h ọ c đất.

Hiện nay c ó 2 xu hướng tính toán kích thước lớp đ ệm cát:

X em lóp đệm cát như một bộ phận cùa m ó n g và tính như m ó n g n ông trẽn nền đât thiên nhiên.

- X e m lớp đệm cất như một bộ phận của đất nền tức là đồng biến tuyến tính Khi này

c ó thể vận dụng các quy luật phân b ố ứng suất của c ơ học đất Tuy cũng chỉ gần đúng nhưng c ó cơ sở khoa học hơn nên xu hướng này được áp dụng ở nhiều nước trcn thế giới Một s ố phương pháp tính gần đúng đang được d ù ng ở V iệt Nam:

+ Dựa theo điểu kiện biến dạng đất nền (hình 3.1)

tc

H ìn h 3 1 : Sơ đ ổ thiết k ể lớp đệm cát

90

Kích thước lớp đệm cát được thiết ke Ilieo diều kiện này phải thoả mãn biếu thức sau:

a , - hê s ố xél đón sư thav doi ứnu suất theo chiều sàu, phụ thuộc tỉ s ố m = — và

n = — (z - chiều sáu kê từ dáy mónu đến diêm xét ứng suất; / - chiều dài móng; b - chiều

b

rộim m óim ) tra báim (3.2).

a lc - ứng suâl tiêu chuẩn trung bình dưới đáy m óng, được xác định như sau:

- M óna chịu tai troim (.líínti tâm:

S N U - tốnỵ tái trọne tiêu chuán íhảníỉ dứnu của cõ n g trình tác dụng ở đáv Iĩións;

Z M k - tổng moinen tiêu chuán do tài trọng cô n ạ trinh tác dụng ở đáy móng;

F - diện tích đáy món«;

w - m ỏ đ u n chônu uốn cúa tiết diện đ á v m ó n í K

V - trọna lượne Ihê tícli trung bình cua món« và đất tác dụng lên móng, lấy bằng 2 t/rrr;

Rlc - áp lực tiêu chuẩn ớ trên mặt lớp dất yếu dưới đáv lớp đệm cát; R ,c xác định theo

q u y phạm thiết ké nén m óns.

A, B và D - các hê số không thứ neuỵcn, phụ thuộc g ó c ma sát trong tiêu chuẩn cp'c cùa đát tra ban” 3.3;

bmq - chiều rộng m ó ng quy ước, với m ón g băng:

92

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 136.8 0,040 0.048 0,055 0.062 0.069 0,076 0,088 0,100 0,110 0,128 0,144 0,184 7,2 0,036 0,042 0.049 0,056 0.062 0,068 0,080 0,090 0,100 0,117 0,133 0,175 7.6 0,032 (1038 0.044 0.050 0.056 0.CXÍ2 0.072 0.082 0,091 0,107 0,123 0,166 s.o 0.029 0.035 0.040 0.046 0.051 0.056 0.066 0.075 0.084 0,098 0.113 0,158 8.4 0,026 0.032 0,037 0.042 0,(U 6 0.051 0.060 0.069 0,077 0.091 0,105 0,150 8.8 0.024 0,029 0.034 0,038 0,(M-2 0.047 0.055 0.063 0 ,0 7 0 0,0 84 0,098 0,144 9,2 0.022 0,026 0,031 0.035 0,039 0.043 0,051 0,058 0,065 0,078 0,091 0,137 9,6 0 0 2 0 0.024 0.028 0,032 0.036 0.040 0,047 0,054 0 ,060 0,072 0,085 0,132 10.0 0.019 0,022 0.026 0,030 0.03? 0,03? 0.044 0,050 0 056 0 067 0,079 0,126 11,0 0.017 0,020 0,023 0,027 0.029 0.033 0,040 0.044 0 ,0 5 0 0 ,0 6 0 0,071 0 ,114 12,0 0.015 0,018 0.020 0,024 0.026 0,028 0,034 0,038 0.044 0,051 0,060 0,104

K h i p = 4 1 " , m ặ t t r ư ợ t đ i q u a g ó c đ ệ m c á t , p max t í n h t h e o 3 8 a , ta đ ư ợ c p max = 2 l , 5 T / m

K h i p = 4 5 ° v à 5 0 " m ặ t t r ư ợ t c ắ t đ á y đ ệ m c á t v ớ i k h o ả n g c á c h a = 0 , 2 m v à 0 , 4 l m G i átrị p max t í n h t h e o ( 3 7 ) :

V ớ i [3 = 4 5 ° t h ì p max = 2 6 , 6 T / m 2

V ớ i p = 5 0 " t h i p max = 3 4 , 6 T / m 2

T a c h ọ n p max t ố i t h i ể u đ ổ x á c đ ị n h k í c h t h ư ớ c đ ệ m c á t L ấ y p max = 2 1 , 5 T / m 2

98

Đ ầ m !1 JI1 đ ệ m c á t b u n u b a n h xe x ích tliì c h i é u d à y l ó p I'ái 3 0 - 4 0 c m , y ê u c ầ u v ệ t x í c h

p liá i s á t n h a u Đ á m m ộ t lượt n a a n s x o n n th ì p h á i c h u y ế n s a n g lư ợ t d ọ c k h á c v à t i ế p t ụ c

T r o n g đ ó : £ - h ệ s ố r ỗ n g c ủ a c á t t r o n g l ớ p đ ệ m s a u k h i đ ầ m n é n ;

e max - h ệ s ố r ỗ n g c ủ a c á t t r o n g l ớ p đ ệ m ở t r ạ n g t h á i rời n h ấ t ( đ ổ c á t ;*ời v à o

b ì n h đ o t h ể t í c h ) ;8mm - h ộ s ố r ỗ n g c ủ a c á t t r o n g l ớ p đ ệ m ở t r ạ n g t h á i c h ặ t n h ấ t ( d ù n ; c h â n

100

2 ,0 0 0 ,0 2 0,0 3 0 ,0 4 0 ,0 5 0,05 0 ,0 6 0 ,0 6 0 ,0 6 0 ,0 6 0,07 0 ,0 73,00 0,01 0,01 0 ,0 2 0 ,0 2 0 ,0 2 0 ,0 2 0 ,02 0 ,0 3 0,0 3 0,03 0 ,0 3

vói ơ',0 = 2 0 T / m " > tra b ả n g 3 6 c ó n, = 1.7, CỈO v ậ y :

h j = 1,7 2 ,0 = 3 , 4 m

C h i ề u r ộ n g lớ p đ ệ m c á t t í n h t h e o ( 3 1 3 ) :

b j = b( 1 + 2 m ) với ơ|,c = 2 0 T / m 2 l â y n 2 = 0 3 , d o vậy :

h =ytgcp

4 0 0 0 ,1 6 - 0 0 1 6 - 0.01 0 1 5 - 0 ,0 2 0 Ỉ 4 0 0 ! 0,0 3 0 ,1 2 0 ,0 2 0,05 0,10 0 ,0 3 0,05 5.00 0 ,1 3 - 0 0 ,1 3 - - 0 ,1 2 - - 0,1 2 - - 0,1 1 - - 0,09 - -

L = 0 9 5 2 d 1

V y K

( 3.25b)

VI (I

ớ đ à y : y „ - t r ọ n s lư ợ nJ I í 1 ■ <*-. (_ 2 d ơ n v ị tư n h iê n c ủ a đ ấ t :•

Ỵlk - irọníĩ lượrm đơn vị của đất sau khi lèn chặl.

Kliối lượng cá t c ầ n thicí (lán) trên l m dài c ọ c dược x á c đ ị n h theo:

k i ế m t r a lại b à n tĩ p h ư ơ n g p h á n y.uvên tiê u

chuẩn, ihử bàn nén tĩnh hoa: Khoan lấv

bi ôn d ạ n s tã n í i l é n n h i e u c ò n d ấ t c h ứ a h à m lirợníĩ sét c a o , h ạ t c á t ít t h ì s ứ c c h ị u tải và

Ấ p lực tính toán quv ước theo T N trone phòng R

k (ì/c m :

M óđun tổng biến dan a th e o

T N Ironíi phòim íi,, k G /c n r

Lưới cọc cát và íỉườiìg kính cọc (cm )

Số diếm

T N nén tĩnh

Á p lực tính toán theo nén tĩnh p,

k G / c iir

M ô đ u n tổng biến (lạng theo nén tĩnh E(1, k G /c n r

H.áo làne

H iu I 1 Ư Bùn sót 1,50 1,248 0.40 8

Tam giác (iéu canh 1,2111 L) = 40

\*hà A

Nhà B

Bùn SÓI

pha Bùn sét

1,20-1.35 1.50

47 - 54

100 - 124 Nhà ( ' Bùn sét 1,60 ỉ , 122 0.50 8 D - 33 3 1 0 0 - 1,20 42 - 65

t r ạ i m tỉiá i d e o n h ã o C ọ c vôi c ó c á c t á c đ ụ n s sau :

S a u k h i c ọ c v ô i tlư ơ c đ ầ m c h ã i, đ irò ìm k í n h c ọ c vói t ă n 1’ 2 0 % v à l à m c h o đ ấ t x u n ocr * o C2

q u a n h n é n c h ậ t

- T r o n li lỏ k h o a n , khi v ò i đ ư ợ c tói n h iệ t d ộ lòn lói 1 2 0 - 1 6 0 " C v ớ i n h i ệ t l ư ợ n g

2 : S ( ) K c a l /l kiỊ c a n x i D o v á v là m c h o n ư ớ c lò rỏ n ii b ố c h ơ i, d ấ t RÍảrn đ ộ á m \'à n é n c h ặ t

n h a n h N e o à i ra k h i tó i, vôi lã im tlìẽ tíc h 2 lá n là m c h o (iất x u n g q u a n h n é n c h ậ l t h ê m

I l ì n h 3 1 2 : Đ iê u kiệ n đ ịa c h ấ t th íc h hợ p p h ư ơ n g p h á p qia tả i

nén trư ớ c kh ô n g d ù n g g iế n g th o á i nước

B ã n c h ấ t c ủ a q u a n h ệ lú n t h e o thời g ia n d ư ớ i tải Irọ im c ô n g t r ì n h đ ư ợ c t h ấ v t r o n g h ì n h

H ình 3,14: Đồ ỉlìị Apự/ Apfp) VỚI u

cho các giá trị Ap(p/p„ khác nhau

U ( % )

H ình 3.15

S ự b i ế n đ ổ i c ủ a u ( đ ộ k ế t m ặ t p h ẳ n g g i ữ a ) v ớ i T v, đ ư ợ c c h o t r o n g h ì n h 3 1 6

H ỉn h 3.16: Đổ thị độ c ố kết mặt phẳng giỉĩa với Tv.

Hệ số thời gian, L118

Phiữỉiiiỉ p h á p dê nhận cúc ilìòiìíi s ố nén trưó'c

t ư ơ n g t ự n h a u , n h u n t ĩ k h o ả n s c á c h c á c g i ế n i í c á t t h ì l ớ n h ơ n c ủ a c ọ c c á t ( c ọ c c á t c ó

n h i ệ m v ụ c h ủ y ế u là n ó n c h ặ t đ ấ t, t ă n g s ứ c c h ịu tải c ủ a n ề n , c ò n t á c d ụ n g t h o á t n ư ớ c lỗ

r o n g là n h i ệ m v ụ t h ứ v ế u )

a) Sơ dồ cấn tạo nền (kít có qiếng cát nhưìùnh 3.18 qồm có:

N h ư v ậ v m u ố n đ ộ lú n đ ẽ n M iin h thi phải m ấ t 4 t h á n e D o đ ó c ó h a i k h ả n ă n g :

- N c n t r ư ớ c , r ồ i c h ò I n ã m thi \ a \ iiưiiu với đ ộ l ú n «_ s < s.,h = £11 8 c m

126

Vũng Tàu Binh Chanh Nha Be Tấn Hương Bèn Tre ù a i Lầy Rach Mièu Cải Cam Tra Nóc

l o à n , c ó t h ể t h a y b ằ n ỉ ĩ m ó n g c ọ c với đ ộ sáu c ọ c ớ d ư ớ i đ ớ i x ả y r a c o n g ó t v à t r ư ơ n g n ở ( h ì n h 3 2 4 d )

4 C á c m ó n s à d ư ớ i m ự c n ư ứ c Htíầm c h ịu lực đ ẩ y n g ư ợ c c ủ a n ư ớ c n g ầ m , c ọ c đ ư ợ c

I i ù n e đ ể c h ố n g lạ i lự c đ ẩ v n g ư ợ c n à y (h ình 3.24-c)

5 C á c t r u c ầ u t h ư ờ n g x â y d ự n a trên m ó n ° c o c đ ể t r á n h k h ả n ă n g t ổ n t h ấ t s ứ c c h ị u tải ilo đ ấ t ó' m ậ t đ ấ t bị x â m t h ự c ( h ì n h 3.24Ĩ)

c) Nối cọc chữ H bằng bitlông; d) M ũi đóng phẳng của cọc ấiii’;

e) M ũi đóng hình nón của cọc ống

C ọc bêtông: C ó h a i l o ạ i c ọ c b ê t ô n g đ ú c s ẵ n v à c ọ c b ê t ô n g đ ổ t ạ i c h ỗ C ọ c b ê t ô n g

đ ú c s ẵ n l à m b ằ n g c ố t t h é p t h ô n g t h ư ờ n g , c ó t i ế t d i ệ n h ì n h v u ô n g h a y lụ c g i á c ( h ì n h 3 2 6 ) C ố t t h é p g i ú p c h o c ọ c c ó t h ể c h ố n g lạ i m ô m e n u ố n x u ấ t h i ệ n k h i n h ấ c c ọ c

B ản g 3.17, So sánh cac loại cọc bàng những v ậ t liệ u khác nha u

b C h ịu ứng suất đ ó n g cao

c Đ ó n g vào đất chắc Iihu' s ỏ i c h ặ t, đá m ềm

3 0 0 -3 0 0 0 k N

Đ ú c sẩn:

8 0 0 -9 0 0 k N

ứ n g suất trướ c:

7 5 0 0 -8 5 0 0 k N

ưu diểỉìi

a C h ịu dược cú đ ó n g nặng

và hep có cùng chiểu dài coc

L = Chiéu dài xâm nhập

Lb = chiéu dài xâm nhập vào lớp chịu tải

Nút đất

3)

c)M ặt cắt c ọ c chữ H Ghi chú: Ap = diện tích thép + nút đất

H ỉnh 3 3 0 : Sức c h ịu tả i đ ầ u cọ c Q

138

H ì n h 3 3 3 : a) Biến d ô i g iá t r ị cực đại /V ! và N * th e o góc m a sát tro n g

cua d ả i ị theo M e y e r ì i o 1976); b/ BJêh dôi N t th e o L /B và H /B

142

£ _ l8-

'u(2)

'u(3>

ứng suất hiệu quả thẳng đứng, a ’ Diện tích = A,

ỡ' = ( 3 6 3 )

]L

Ở đ á v : A | , A 2, A , - c á c d i ệ n tích cúa biiểi điồ ứ n g s u ấ t h i ệ u q u ả t h ẳ n g đ ứ n g

PhươníỊ pliáp a : T h e o p h ư ơ n t ỉ pháp a s i ứ c kihảíno r n ặ t n g o à i đ ơ n vị t r o n g đ ấ t l o a i s é t

Phươníị p h á p [ỉ: K h i c ọ c đ ó n g vào dấn siét bãto h o à q u á m ứ c á p lự c n ư ớ c l ỗ r ỗ n g t r o n g

đát ờ quanh c ọ c tăng lên áp lực nước lỗ nỗn.s nàiv tron” đất sét c ố kết (hông thường có

H ình 3 3 8 : B iến đ ổ i a t h e o đ ộ cỉính kh ô n g íliớ ủ t nước của đ ấ t sétSức chịu cho p h ép của cọc

M ộ t k h i s ứ c c h ị u tả i t ổ n g c ủ a c ọ c Q gh l à t ổ n g c ủ a s ứ c c h ị u tả i m ũ i c ọ c v à s ứ c k h á n g

m a s á t m ặ t t h ì tả i t r ọ n g c h o p h é p t ổ n g c h o m ỗ i c ọ c Q t í n h t h e o :

ơ đ â y : F S - h ệ s ố a n t o à n

H ộ s ố a n t o à n t h ư ờ n g d ù n g b i ế n đ ổ i t ừ 2 , 5 -í- 4 , p h ụ t h u ộ c v à o m ứ c đ ộ t i n c ậ y k h i t í n h tải t r ọ n g g i ớ i h ạ n

H iệu chỉnh thiết k ế của C oyle và C astello