Nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho công trình nhà từ 3 đến 6 tầng trên nền đất yếu ở quận 2 tp hcm

- Sự có mặt của các công trình xây dựng lân cận nằm bên phải toà nhà đã làm cho đất nền ơ ûkhu vực này có xu hướng tốt lên hơn , do được cố kết dưới tải trọng của công trình có trước Giả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN TRUNG KIÊN

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở QUẬN 2-TP.HCM

LUẬN VĂN CAO HỌC

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NĂM 2003

MỞ ĐẦU

1.ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU :

Trong sự phát triển của đất nước , TP Hồ Chí Minh đóng vai trò quan trọng, phát triển hàng đầu, góp phần thúc đẩy sự phát triển của cả nước Sự phát triển kinh tế - xã hội của Thành Phố thúc đẩy sự hình thành nên những khu dân cư mới , những quận mới thành lập tạo Những điều này tiền đề cho sự tiếp tục phát triển của Thành Phố Trong số những quận mới được thành lập , quận hai nằm ở phía đông của Thành Phố với diện tích khoảng 49,74km2 , dân cư khoảng 108.141 người ( 2000 ) Quy hoạch quận hai được xem là quy hoạch mẫu với : khu dân cư ( phường An Phú, An Khánh, Thảo điền, Thạnh mỹ Lợi, Bình Trưng đông , Bình trưng Tây …), khu công nghiệp ( phường Cát Lái ), khu dịch vụ trung tâm ( phường Thủ Thiêm, An Lợi Đông, Bình Khánh ), khu thể thao ( khu thể thao Rạch Chiếc )

Với định hướng phát triển là khu đô thị mới trong tương lai , việc đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng , khu dân cư phục vụ việc giãn dân và hình thành cụm dân cư đô thị mới tại quận hai –TPHCM là điều cần thiết phải làm

Trong đó không thể thiếu việc xây dựng các chung cư từ 3 đến 6 tầng phục vụ nơi ở cho dân giải toả tại địa phương và giãn dân từ trung tâm thành phố

Quận hai – TPHCM nằm giáp sông Sài Gòn và sông Đồng Nai , nằm trong khu vực đất yếu với chiều dày đất bùn sét trạng thái nhão đến dẻo chảy từ

10 đến 25m Do đó cần thiết nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho các công trình nhà cao 3 đến 6 tầng tại quận hai –TPHCM

2 XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU :

- Nghiên cứu đề nghị giải pháp cấu tạo nền móng hợp lý cho công trình nhà từ 3 đến 6 tầng

- Nghiên cứu chọn lựa phương pháp tính toán nền móng hợp lý cho công trình nhà từ 3 đến 6 tầng

- Tính toán ứng dụng cho một công trình cụ thể

3.HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI :

- Tài liệu nghiên cứu cho công trình trên đất yếu còn ít

PHAÀN I TOÅNG QUAN

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1/ NHỮNG HIỆN TƯỢNG SỰ CỐ CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI :

1.1.1 Nhà A5 – Trường Đại Học Sư Phạm 1 Hà Nội :

Nhà 4 tầng tường chịu lực, sàn gác panen bằng bê tông cốt thép Toàn nhà có 2 đơn nguyên ( I và II ) tách rời nhau bằng một khe lún được xây dựng vào những năm 1960 Từ 1991 trở đi, nhà A5 bị biến dạng quá nhiều, có nguy

cơ bị sập bất cứ lúc nào , nên nhà trường đã quyết định ngừng việc sử dụng đơn nguyên II để đảm bảo an toàn cho con người

Nghiên cứu đặc điểm địa kỹ thuật nền đất chúng ta thấy địa chất rất phức tạp :

1 Lớp đất trồng trọt dày trung bình 0.6m, thành phần là sét pha màu nâu, lẫn nhiều rễ cỏ cây và vật liệu vụn xây dựng ;

2 Lớp sét màu tím , dẻo cứng – nửa cứng, chiều dày thay đổi, dày nhất đạt 4.5m; các chỉ tiêu cơ lý xây dựng trung bình : W = 22.76%; ρ = 1.96T/m3 ; Il = 0.12 ; C = 0.46 Kg/cm2 ; ϕ = 20o ; a1-2 = 0.023 cm2/Kg và R = 3.3 Kg/cm2

3 Lớp sét màu nâu dẻo mềm, chiều dày thay đổi , chỗ dày nhất đạt 2.5m ; các tính chất xây dựng trung bình W = 28.6%; ρ = 1.86T/m3 ; Il

= 0.6 ; C = 0.25 Kg/cm2 ; ϕ = 14o ; a1-2 = 0.043 cm2/Kg và R = 1.6 Kg/cm2

4 Lớp bùn sét pha cát : đây là lớp đất yếu nhất trong vùng, màu xám đen , thành phần là sét pha chứa vật chất hữu cơ phân hủy chưa triệt để ; các tính chất xây dựng trung bình W = 43.15%; ρ = 1.75T/m3 ; Il = 1.25 ; C = 0.12 Kg/cm2 ; ϕ = 6o ; a1-2 = 0.064 cm2/Kg và R = 0.71 Kg/cm2

5 Lớp sét pha cát xám xanh, dẻo cứng, nằm ngay dưới lớp bùn(4) , các

tính chất xây dựng trung bình : W = 23.50%; ρ = 1.96T/m3 ; Il = 0.2 ; C

= 0.372 Kg/cm2 ; ϕ = 17o ; a1-2 = 0.023 cm2/Kg và R = 2.39 Kg/cm2 ca

Nhóm nghiên cứu đã đưa ra nguyên nhân biến dạng công trình :

Công trình 4 tầng A5 trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội I khai thác ổn định trong vòng 30 năm liên tục Chứng tỏ, trong điều kiện bình thường thì giải pháp móng băng BTCT đặt trên lớp đất tốt số 2 dày 4,0m có R= 3.3Kg/cm2 và lớp đất

số 3 dày 2m có R= 1.6 Kg/cm2 là hoàn toàn đủ chịu lực cho công trình Sau năm

1990 nhà máy nước Mai Dịch đi vào hoạt động, mực nước dưới đất trong khu vực và những vùng lân cận bị hút sâu cách mặt đất đáng kể Tầng bùn số 4 có chiều dày thay đổi lớn, nên khi mất nước nó bị lún sụt không đều , làm cho đơn nguyên II nhà A5 vừa bị lún nhiều ở giữa, vừa bị lún xoắn ở các góc đối diện nhau qua đường chéo Hậu quả làm cho đơn nguyên này bị biến dạng nghiêm trọng, các vết nứt trên hai tường dọc nhà chạy suốt từ tầng 1 đến tầng 4 và tạo với phương thẳng đứng một góc 45o, độ mở rộng của chúng đạt 5÷10cm và các viên gạch nằm ở hai bên vết nứt bị vò nát vụn do chúng trượt lên nhau Đầu các tấm panen sàn gần tụt ra khỏi tường, các cửa đi không đóng mở được, bông gió cửa sổ bị vặn thành dạng vỏ đỗ, vửa trát trần bị rơi xuống thành từng mảng

to Công trình có thể sẽ bị sập bất cứ lúc nào nên nhà trường đã quyết định ngừng sử dụng đơn nguyên II nhà A5 không thời hạn

Biện pháp xử lý :

Nhóm chuyên gia địa kỹ thuật và kết cấu công trình trường đại học Xây dựng Hà Nội đã sử dụng giải pháp cọc bê tông cốt thép, tiết diện 200x200 (mm) có chiều dày khác nhau ép qua các lớp 2,3 và 4 cắm sâu vào lớp đất tốt số 5 nhờ bộ kích thủy lực và tải trọng công trình Kết quả xử lý chống lún đơn nguyên II- nhá A5 trường đại học Sư phạm Hà Nội như sau :

- Trước khi xử lý chống lún , trong vòng 6 chu kỳ quan trắc lún ( từ ngày 4-10-1992 đến ngày 14-02-1993 ) , độ lún giữa các mốc đo là : + Tại mốc M26 có độ lún nhỏ nhất :Smin = -0.9mm;

+ Tại mốc M17 có độ lún trung bình : Stb = -12,4mm

+ Tại mốc M16 có độ lún lớn nhất : Smã = -25,2mm

- Sau khi xử lý chống lún bằng móng cọc BTCT , trong vòng 6 chu kỳ theo dõi lún ( từ ngày 15-3-1993 đến ngày 30-08-1993 ) độ lún giữa các mốc đo phát triển gần như đồng đều nhau, tốc độ lún giảm đáng kể : Stb= 2mm/tháng

1.1.2 Công trình Bình Thạnh – TP Hồ Chí Minh :

Công trình Bình Thạnh cao 7 tầng, kết cấu khung BTCT chịu lực, được đặt

trên nền đất yếu gia cố bằng cọc cừ tràm có chiều dài 4.5m Đất bùn sét yếu có chiều dày lớn, đến độ sâu 22m Sau khi xây xong cong trình , tốc độ lún đạt 1mm/ngày đêm Độ nghiêng của công trình theo phương thẳng đứng là 450mm Tại vị trí điểm C công trình có độ lún lớn nhất và toàn bộ công trình bị nghiêng về góc này và nửa nhà bên trái Kết quả đo lún tại điểm C trong vòng 6 tháng (

từ tháng 4/1993 đến tháng 10/1995) đạt trị số là 300mm Công trình có nguy cơ

bị phá hoại bất cứ lúc nào

4.2

± 0.00 m

- 2.00 m

- 22.0 m Cọc cừ tràm

Mặt cắt đứng công trình và vị trí có độ lún lớn nhất (C)

Sau một thời gian nghiên cứu , người ta đã rút ra nguyên nhân :

- Giải pháp nền móng không thích hợp với điều kiện đất nền Bùn sét có chiều dày lớn, cọc cừ tràm ngắn Có hiện tượng đất nền bị phá hỏng, biến dạng dẻo

- Sự có mặt của các công trình xây dựng lân cận nằm bên phải toà nhà đã làm cho đất nền ơ ûkhu vực này có xu hướng tốt lên hơn , do được cố kết dưới tải trọng của công trình có trước

Giải pháp sửa chữa :

- Tầng một công trình được gia cường nhằm tăng thêm độ cứng cho khung

- Xây dựng hệ thống móng mới cho toàn bộ công trình Các lỗ chờ để ép cọc và neo được thực hiện ;

- Cọc BTCT tiết diện 250x250mm dài 20m , lực ép đầu cọc là 600KN; khả năng chịu tải của mỗi cọc là 300KN Khu vực bên trái nhà, nơi có độ lún lớn được ép cọc trước;

- Các cọc cùng tiết diện ở giai đoạn 2 bên phải khu nhà cũng được ép theo sơ đồ thiết kế ;

- Liên kết cọc ép ở giai đoạn 1 vào móng công trình ;

- Quan trắc độ lún, dịch chuyển ngang và đo độ nghiêng công trình ;

- Khi độ lún của hai khu vực được cân bằng, công trình không bị nghiêng, cọc ép ở giai đoạn 2 được gắn kết với công trình ;

- Sau một năm gia cường, công trình ổn định và dừng lún

1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG THÀNH CÔNG TRONG VIỆC XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU:

1.2.1 Công trình Xi-lô Trà Nóc – Cần Thơ :

Công trình được xây dựng tại Cần Thơ , dùng để chứa ngũ cốc Công trình xi-lô có dạng chữ nhật , kích thước 110x25 m Toàn bộ kết cấu bên trên gồm 16 ống kim loại đường kính 12m , cao 7m Các ống này đặt trên tấm bê tông cốt thép và tải trọng được phân bố lên bề mặt của nền móng qua các hộp vỏ mỏng Do đó mà tải trọng này được phân bố đều trên toàn bộ đáy công trình

Kết quả khảo sát địa chất khoan đến độ sâu 40 m như sau :

C = 0,12 kg/cm2

ϕ = 80

γ = 16kN/m3

e0 = 1.42

Cc = 0.46

Cv = 0,92x10-4

cm2/s

C = 0,11 kg/cm2

C = 0,08 kg/cm2

C = 0,12 kg/cm2

C = 0,14 kg/cm2

ϕ = 140

γ = 18kN/m3

e0 = 1.13

Cc = 0.32

C = 0,21 kg/cm2

ϕ = 120

γ = 17,5 kN/m3

e0 = 1.14

Cc = 0.31

C = 0,28 kg/cm2

ϕ = 120

γ = 17kN/m3

e0 = 1.37

Cc = 0.46

Cv = 4,85x10-4

cm2/s

Giả định các chỉ tiêu giống như lớp trên

-50m

Tính toán độ lún tổng cộng khi xi-lô đặt trực tiếp trên đất yếu :

Công thức tính lún như sau :

o

c

p

p p log

* H

* e 1

Trong đó :

Cc : chỉ số nén của đất

eo : hệ số rỗng của đất

po : áp lực tiền cố kết của đất yếu

Δp : ứng suất trung bình do tải trọng ngoài gây ra

H a : chiều dày lớp đất tính lún

Dựa trên công thức trên đơn vị thiết kế đã tính toán độ lún của công trình khi đặt công trình trực tiếp lên đất yếu không gia cố xử lý nền đất yếu bên dưới , kết quả tóm tắt trong bảng sau :

Lớp H i

(m) oi

ci

e 1

C + Δp i = 60I i x 4

oi

Δp oi

p +

S i ( m )

1 9.5

4211

460

605

1.475 = 0.3

2 4.5

9911

041

495

g 1.593 = 0.32

3 5

0821

970

4 5

211

30

5 5

1311

320

6 5

1411

310

7 6

3711

460

.+ = 0.194

8 10

3711

460

.+ = 0.194

60x0.07x4 =

816

3

10x0.194xl

g 1.053 = 0.04

Độ lún tổng cộng của xi-lô là 1.09m , như vậy là nhiều cần có biện pháp xử lý thích đáng

Đơn vị thiết kế chọn phương án xử lý nền đất yếu ở đây là giếng cát , đắp đất gia tải bên trên và chờ cho đất nền cố kết xong hoặc gần xong thì bỏ lớp đất gia tải và xây dựng xi-lô lên trên

Việc tính toán tiến hành theo toán đồ Osterberg

Tính toán độ lún cho 4 phương án khác nhau :

- Phương án 1 : khoảng cách giữa các tim giếng cát là L = 4m , đường

kính giếng cát d = 0.40m , giếng cát bố trí thành hình tam giác D =

1.05 , L = 1.05x4 = 4.2m , n=4.2/0.4 = 10.5

- Phương án 2 : khoảng cách giữa các tim giếng cát là L = 3m , đường kính giếng cát d = 0.30m , giếng cát bố trí thành hình tam giác D = 1.05 , L = 1.05x3 = 3.15m , n = 3.15/0.3 = 10.5

- Phương án 3 : : khoảng cách giữa các tim giếng cát là L = 3m , đường kính giếng cát d = 0.40m , giếng cát bố trí thành hình tam giác D = 1.05 , L = 1.05x3 = 3.15m , n = 3.15/0.4 = 8

- Phương án 4 : : khoảng cách giữa các tim giếng cát là L = 2.5m , đường kính giếng cát d = 0.30m , giếng cát bố trí thành hình tam giác

Hình 1-2 Mặt cắt-mặt bằng giếng cát

Hình 1-3 Bố trí khoảng cách giữa các giếng cát

Nhận thấy sự khác nhau về độ cố kết đạt được của hai phương án 3 và 4 là

không lớn vì vậy kiến nghị chọn khương án 3 để giảm bớt sô lượng cọc phải làm Xác định độ lún còn lại khi bắt đầu xây xi-lô lên trên :

3000 b

3 0

d=300

Giếng cát

3 0

CẮT A-A Lớp đất gia tải

Giả sử 4 tháng sau khi làm xong giếng thì đào lớp cát gia tải 5m ở trên lên và bắt đầu xây dựng xi-lô lên

Độ lún của 2 lớp N01 và N02 ( tính với phương án 3, Cr = 5Cv , t = 4 tháng , Ur = 70% ) là :

Lớp N01 : Δh1 = 9.5

4211

460

.+ lg

60

0.7x9028.5 + = 0.33 m

Lớp N02 : Δh2 = 4.5

9911

041

.+ lg

75

0.7x8670.5 + = 0.38 m

Độ lún còn lại là : 1.09-(0.33+0.38 ) = 0.38m Khi xây dựng xi-lô tải trọng tác dụng sẽ nhỏ hơn nhiều so với tải trọng của 5m đất gia tải Độ lún còn lại vào khoảng 38cm và sẽ kéo dài trong nhiều năm vì vậy nếu khả năng thi công cho phép thì nên tăng chiều dài của giếng cát lên để có thể xử lý một số lớp tối đa ngay trong thời kỳ đắp đất gia tải

1.2.2 Công trình số 3 Lê Đại Hành – Hà Nội :

Công trình gồm 6 tầng được thi công gần ba công trình cũ chung quanh cao 2 - 3 tầng, các lớp địa chất công trình như sau : đấtt đắp dày 2.5m chứa gạch vỡ xà bần , lớp kế tiếp là lớp bùn sét với các đặc trưng eo = 1,2 ; E = 2Mpa với chiều dày 18 m ; lớp kế tiếp là lớp cát tốt với chiều dày hơn 6m E = 12Mpa; P = 4-5Mpa Trình tự thi công như sau :

- Thi công ép cọc dài 20m vào nền đất công trình Sức chịu tải cọc 36 tấn

- Sau khi ép cọc , liên kết các đầu cọc bằng hệ thống móng và dầm móng

- Tiếp tục thi công các phần còn lại

Công trình đạt kết quả tốt , các chấn động khống gây hư hỏng cho các công trình xung quanh , độ lún đạt 4mm

1.2.3 Công trình chung cư 6 tầng Phạm Viết Chánh Quận Bình Thạnh – TPHCM :

Công trình gồm 6 tầng , thi công bên trong khu dân cư , với các lớp địa chất như sau :

1.Lớp 1 : Đất đắp gồm cát , đá, gạch , sét và xà bần chiều dày 1.m

2 Lớp 2 : Sét pha cát , màu vàng nâu , trạng thái mềm , chiều dày 2.5 m

γ = 1.72 T/m3

c = 2.7 T/m3

ϕ = 50 35’

E = 39,5 Kg/cm2

PHẦN II NGHIÊN CỨU ĐI SÂU

& PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

VÀ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2.1- NGUỒN GỐC ĐỊA CHẤT :

Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ ( khoảng 0.5 –

1.0daN/cm2 ) có tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn ( e>1 ), mô đun biến dạng thấp ( thường E0 < 50 daN/cm2 ), lực chống cắt nhỏ …Nếu không có các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện thực hiện được

Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể đuợc tạo thành trong điều kiện lục địa, vùng vịnh hoặc biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, tam giác châu hoặc vịnh biển Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu vực nước nông khu vực thềm lục địa hoặc khu vực biển sâu

Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện địa lý và khí hậu … mà tồn tại các loại đất yếu khác như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa

…

Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước Loại đất này có những tích chất đặc biệt đồng thời cũng có những tích chất tiêu biểu cho các loại đất nói chung

2.2 - KHÁI QUÁT CẤU TẠO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG :

2.2.1 Về mặt địa tầng :

Vùng đồng bằng sông cửu long tương đối bằng phẳng, cao độ mặt đất thay đổi từ +1.0 đến +5.0, được tạo bởi những trầm tích cổ và trẻ Trên mặt phẳng đồng đều đó chỉ gợn lên nhửng sóng đất của sông Tiền, sông Hậu và những cồn ở ven biển

Trong tài liệu các hố khoan ở Cần Thơ ( sâu đến 205m ), Sóc Trăng ( sâu đến 463m ) , Cà Mau ( sâu đến 160-240m ) cho thấy rằng bề dày tầng trầm tích trẻ từ 50m đến 110m thay đổi tăng dần theo hướng từ phía đất liền ra biển Ở dưới tầng trầm tích trẻ là tầng trầm tích cổ Ngược về phía Tây Ninh, Biên Hòa v.v… lớp trầm tích cổ xuất hiện ngay trên mặt đất, tức là tầng trầm tích trẻ mỏng dần về hướng tiếp giáp miền Đông Nam Bộ

Theo kết quả nghiên cứu trụ cột địa tầng tổng hợp vùng đồng bằng sông cửu long gồm các tầng sau :

A Tầng bồi tích trẻ hay còn gọi tầng trầm tích Holôxen : được phân chia làm 3 bậc :

Bậc Hôlôxen dưới giữa QIV-1 , gồm cát màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng kết hợp von sắt, phủ lên tầng đất sét loang lỗ

Peistoixen, chiều dày đạt tới 12m

- Bậc Hôlôxen giữa QIV-2 , gồm bùn sét màu vàng, sét xám xanh và xám vàng, chiều dày từ 10-70m

- Bậc Hôlôxen trên QIV-3 , gồm tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo thành thành phần vật chất tuổi và diện phân bố :

1 Tầng trầm tích biển , sông biển hỗn hợp và sinh vật mQIV-3 , mabQIV-3 gồm hạt cát mịn, bùn sét hữu cơ …

2 Tầng trầm tích sinh vật biển – đầm lầy ven biển bamQIV-3 , gồm bùn sét hữu cơ, than bùn

3 Tầng trầm tích sông hồ hỗn hợp và sinh vật ambQIV-3 , gồm bùn sét hữu cơ

4 Tầng bồi tích aQIV-3 , gồm sét á sét chảy , bùn á sét hoặc bùn hữu

cơ Chiều dày của thành tạo trầm tích Hôlôxen trên biến đổi từ 9 đến 20m , trung bình 15m , toàn bộ chiều dày trầm tích Hôlôxen đạt tới 100m

B Tầng bồi tích cổ hay trầm tích Pleistoxen :

Đồng bằng sông cửu long gồm 3-5 tập hạt mịn xen kẹp với 3-5 tập hạt thô , mỗi tập hợp tương ứng với Pleistoxen trên , giữa và dưới Mỗi tập hạt mịn có chiều dày từ 1-2m đến 40-45m , các tập hạt thô được đặc trưng bằng bề dày thay đổi từ 4-85m

Một số mặt cắt hình trụ hố khoan điển hình vùng ĐBSCL : xem hình

2.2.2 Sự phân bố đất yếu, đất bùn ở đồng bằng sông cửu long :

Trong toàn vùng đồng bằng sông cửu long , có thể chia thành 5 khu có các dạng đất yếu , theo đặc trưng thành phần thạch học , tích chất địa chất công trình , địa chất thủy văn và chiều dày của tầng đất yếu :

Khu I : Vùng đất sét có màu xám vàng và xám nâu :

- bmQIV : đất á sét, á sét màu xám nâu , có chỗ đất mềm yếu gối lên trên lớp trầm tích nén chặt QI-II , chiều dày không quá 5m

- Đồng bằng tích tụ , có chỗ trũng lầy nội địa , cao độ từ 1-3m

- Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1-5m , có tính ăn mòn

- Sức chịu tải của nền đường tương đối tốt , những công trình loại nhỏ có thể đặt móng trên nền thiện nhiên , một vài chỗ trong khu vực đất yếu cần phải gia cố

Khu II : Vùng đất bùn sét , bùn sét pha cát , bùn cát pha sét , xen kẹp các lớp đất cát pha sét :

Tiểu khu IIa :

- a,amQIV : bùn sét , bùn sét pha cát phân bố không đều hoặc xen kẹp có chiều

dày khoảng 50m gối lên nền sét cứng QI-II

- Đồng bằng thấp , tích tụ thật thụ với độ cao từ 1-1.5m đến 3-4m

- Mực nước ngầm cách mặt đất 0.5-1m , có khả năng ăn mòn

- Cát chảy , xói ngầm , xói lở bở đào lòng sông , lún ướt công trình

- Sức chịu tải của đất nền yếu , khoảng 0,5 kg/cm2 thường gia cố nền khi xây dựng công trình

Tiểu khu IIb:

- a,amQIV : bùn sét , bùn sét pha cát, phân bố không đều hoặc xen kẹp , có chiều dày không quá 80 m ,

- Các đặc trưng khác giống tiểu khu Iia

Tiểu khu IIc :

- Tính chất đất bùn giống như tiểu khu IIa và IIb , nhưng có chiều dày khống quá 25m

Tiểu khu IId :

- Tính chất đất bùn giống như tiểu khu IIa, IIb, IIc nhưng có chiều dày không quá 30m

Khu III : cát hạt mịn , cát pha sét xen kẹp ít bùn cát pha sét gồm các tiểu khu :

Tiểu khu IIIa :

- a,am,abmQIV : cát pha sét , cát bụi xen kẹp ít bùn sét , bùn sét pha cát , bùn cát pha sét , Hôlôxen gối trên nền trầm tích nén chặt QI-III chiều dày không quá 60m Sức chịu tải của nền tương đối khoảng 1kg/cm2

- Mực nước ngầm cách mặt đất 0.5-2m , có khả năng ăn mòn

- Có hiện tượng cát chảy và xói ngầm

Tiểu khu IIIb :

- Tính chất đất giống như tiểu khu IIIa , nhưng chiều dày tầng Hôlôxen không quá 100m

Tiểu khu IIIc :

- Tính chất đất giống như tiểu khu IIIa, IIIb, nhưng chiếu dày tầng Hôlôxen không quá 25m

Khu IV : Khu đất than bùn , xen kẹp bùn sét, bùn á sét , á cát và cát bụi :

Tiểu khu IVa :

- mbQIV : đất than bùn , sét , bùn á sét , bùn sét pha cát , thuộc tầng đất yếu Hôlôxen gối trên lên đất nền chặt QI-III , có chiều dày không quá 25m Đất nền có sức chịu tải 0.5kg/cm2

- Nước dưới đất xuất hiện trên mặt đất có tính ăn mòn

- Lầy quá đến chảy gây lún ướt công trình

Tiểu khu IVb :

- mbQIV : dất yếu gồm than bùn , bùn sét , bùn sét pha cát thuộc tầng Hôlôxen , chiều dày không quá 50m , gối lên đất nền chặt QI-III Đất nền có sức chịu tải khoảng 0.5kg/cm2

- nước dưới đất xuất hiện ngay trên mặt đất , có tính ăn mòn

- Xâm thực bờ và đáy sông , lầy hoá

Khu V : Khu bùn sét pha cát và bùn cát pha sét ngập nước

- Đất yếu gồm bùn , than bùn Hôlôxen dày từ 5-10m đến 40-50m , gối lên nền đất chặt QI-III Sức chịu tải của đất nền yếu khoảng 0.5kg/cm2

- Đồng bằng tích tụ trũng lầy dạng vịnh, của sông

- Nước dưới đất xuất hiện ngay trên mặt đất , chịu ảng hưởng của thủy triều, có tính ăn mòn

- Xâm thực bờ và đáy sông , lầy lội

Hôlôxen Theo các kết qủa khảo sát địa chất cho thấy lớp trầm tích trẻ Hôlôxen chứa chủ yếu là các dạng đất yếu như : đất sét dẻo, đất sét dẻo chảy, đất bùn sét hữu cơ, đất bùn á sét, đất bùn á cát và đất than bùn Do đó việc nghiên cứu sự phân bố và đặc tính của lớp đất yếu này là cơ sở để tìm ra những biện pháp xử lý , gia cố nền hợp lý phục vụ cho công tác xây dựng đạt hiệu quả cao

2.3 KHÁI QUÁT CẤU TẠO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC T.P HỒ CHÍ MINH :

2.3.1 Nguồn gốc hình thành :

Trong phạm vi khu vực thành phố Hồ Chí Minh nguồn gốc hình thành cấu trúc địa chất như sau :

- Cấu trúc móng Mezozoi được tạo nên bởi nguồn gốc núi lửa tuổi Jura muộn , Krêta sớm Chúng lộ ra dưới dạng một nếp lồi ở khối Thủ

Đức gồm các trào phúng trung tính , các thấu kính hoặc kẹp cát bột kết

- Tầng cấu trúc Plitoxen – pleitoxen gồm những trầm tích sét , cát , sỏi của sông và ven biển với bề dày tương đối lớn và thay đổi khá rõ rệt tùy theo khối cấu trúc

- Tầng cấu trúc Pleitoxen gồm các sản vật thô như cuội , sỏi , cát có nguồn gốc sông ven biển , có vết tích của sườn tích

- Tầng cấu trúc Hôlôxen gồm phụ tầng cấu trúc Hôlôxen hạ-trung hình thành bời các trầm tích ven biển , cửa sông hạt vừa đến nhỏ mịn, chứa nhiều xác thực vật và động vật biển , có cấu trúc trũng chậu, phụ tầng cấu trúc Hôlôxen thượng gồm các trầm tích biển , đầm lầy cửa sông , hạt vừa và mịn nhiều xác động vật và thực vật biển

2.3.2 Sự phân bố các loại đất ở T.P Hồ Chí Minh :

Lịch sử phát triển các cấu trúc địa chất khu vực và quá trình hình cấu trúc địa mạo khu vực , cộng vào đó các yếu tố khí hậu – địa lý , đặc điểm địa chất thủy văn , quá trình hình thành các tính chất cơ lý của đất nền , quy luật phát sinh và phát triển các hiện tượng địa chất động lực công trình khu vực Tp Hồ Chí Minh nói riêng, khu vực lân cận và một số tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung không đồng nhất và thể hiện quy luật chưa rõ ràng Dựa vào tài liệu của nhiều cơ quan trong và ngoài nước chúng ta có thể chia vùng và tiểu vùng để sét sự phân bố như sau :

Chia khu vực Tp Hồ Chí Minh làm 3 vùng :

Vùng A : phân bố rất ít ở hai huyện Thủ Đức và duyên Hải :

Gồm cac loại đá tuổi từ J3-K1 , được cấu tạo bởi các loại đá cứng hoặc nửa cứng do đó cường độ chịu lực có thể lên đến hàng chục kg/cm2 Tuy nhiên địa hình núi thấp thuộc kiểu địa mạo xâm thực bào trụi , độ dốc địa hình từ 100 ÷

200 có nơi lên đến 400 nên không thuận lới cho việc xây dựng

Vùng B : gồm các huyện Thủ Đức , Củ Chi , Hóc Môn :

Gồm các loại sét , sét pha cát , cát pha sét , cát Vùng này địa mạo bào mòn tích tụ dưới các trầm tích Pleitoxen tạo nên bề mặt địa hình chia ra làm các tiểu vùng :

Tiểu vùng B-1 : huyện Thủ Đức , Củ Chi :

Thường gặp các loại đất sét , sét pha cát , cát pha sét , cát có chiều dày từ

0 ÷ 10 m phủ lên đất Laterit ở các dạng khác nhau , mực nước ngầm thay đổi tùy theo địa hình từ 1 ÷ 10m , lượng nước phong phú , có hiện tượng rửa trôi bề mặt , lún ướt , cát chảy Cao độ địa hình từ 10 ÷ 30m , địa hình gợn sóng Địa chất công trình thuận lợi cho việc xây dựng

Tiểu vùng B-II : một số huyện nội thành , Thủ Đức, Củ Chi :

Thường gặp các loại đất sét, sét pha cát , cát pha sét , có chiều dày từ 2 ÷ 6m phủ lên lớp đất laterit dạng kết ion hoặc loang lổ đều là trầm tích tuổi Pleitoxen , mực nước ngầm phổ biến từ 2 ÷ 5m và thay đổi tùy theo cao độ địa hình Lượng nước phong phú , có thể gặp hiện tượng lún ướt và xói mòn làm biến dạng công trình Cao độ địa hình từ 3 ÷ 10m , địa hình bằng phẳng Địa chất công trình thuận lợi cho việc xây dựng

Vùng C : các quận huyện có đất yếu :

Gồm các loại đất sét nhão , bùn sét , bùn sét pha cát , bùn cát pha sét Vùng này địa mạo tích tụ với các trầm tích tuổi Hôlôxen nhiều nguồn gốc khác nhau và trên bề mặt địa hình chia ra làm nhiều tiểu vùng khác nhau :

Tiểu vùng C-1 : quận Bình Thạnh, Bình Triệu :

Thường gặp các loại đất sét nhão , bùn sét , bùn á sét có chiều dày từ 5 ÷ 15m hoặc hơn , phủ lên lớp cát mịn đến trung , mực nước ngầm thường nhỏ hơn 1m Địa mạo thềm sông , địa hình thấp và bằng phẳng , có nơi thũng ngập , nhiều sông rạch , ăn mòn mạnh , ở đây có hiện tượng lầy hoá cục bộ , có một số công trình xây dựng bị biến dạng , nứt nẻ , nghiêng lệch Vì vậy địa chất công trình tiểu vùng C-1 ít thuận lợi trong việc xây dựng

Tiểu vùng C-II : huyện Nhà Bè , quận 8, quận 4 :

Thường gặp các loại sét nhão , bùn sét , bùn á sét , bùn á cát có chiều dày từ 10 ÷30m phủ lên lớn cát mịn đến trung , mực nước ngầm ngang mặt đất , nhiều nơi ngập nước tính ăn mòn mạnh , ảnh hưởng của thủy triều rõ rệt Địa mạo bãi bồi bờ sông , nhiều diện tích trũng ngập , nhiều sông rạch , có một số công trình xây dựng bị biến dạng, nứt nẻ Vì vậy địa chất công trình tiểu vùng C-II không thuận lợi cho việc xây dựng

Tiểu vùng C-III : huyện Bình Chánh , quận 6 :

Thường gặp các loại đất sét , sét pha cát, cát pha sét, bùn sét ở trạng thái nhão , lớp đất yếu có bề dày từ 10 ÷ 30m , có nơi thành lớp liên tục, có nơi xen kẽ lớp sét pha cát hoặc cát tạo thành lớp thấu kính Mực nước ngầm từ 1÷5m Nước bị nhiễm phèn và chịu ảnh hưởng của nước mặn Địa mạo đồng bằng thấp

, địa hình bằng phẳng nhiều sông rạch Địa chất công trình không thuận lới cho việc xây dựng

Tiểu vùng C-IV : nông trường Lê Anh Xuân , nong trường An Hạ :

Thông thường gặp các loại đất sét, sét pha cát trạng thái dẻo mềm và dẻo nhão , tạo thành lớp dày trên 50m, mực nước ngầm từ 0 ÷ 0.5m, hiện tượng lầy hoá và hiện tượng xúc biến rất phổ biến Địa mạo hồ đầm lầy, địa hình trũng , nhiều sông rạch Điều kiện địa chất công trình không thuận lợi cho việc xây dựng

Tiểu vùng C-V : huyện Duyên Hải :

Thường gặp các loại sét dẻo nhão, sét nhão, bùn sét, bùn sét pha cát có chiều dày trên 20m , mực nước ngầm ngang mặt đất Địa mạo đồng bằng thấp ven biển , trũng ngập, sông rạch phát triển, ảnh hưởng lớn thủy triều, có hiện tượng xâm thực bờ sông, cát chảy, xúc biến , không thuận lợi cho việc xây dựng

Tiểu vùng C-V’: ven bờ biển Duyên Hải :

Thường gặp các loại đất sét nhão, bùn sét, bùn sét phá cát, bùn cát pha sét có chiều dày từ 5 ÷ 7m Mực nước ngầm hình thành từ nước mưa có khả năng ăn mòn vật liệu Các loại đất này chỉ phân bố trên một diện tích rất có hạn ở bờ biển duyên hải Ở đây hình thành dạng địa mạo thềm tích tụ ven biển , địa hình tương đối bằng phẳng nhựng phân bố hẹp Phổ biến hiện tượng lầy hóa , đặc biệt là hiện tượng phá lở bờ biển đang diễn ra với cường độ cao , uy hiếp rõ rệt sự tồn tại của cư dân tại đây Do đó điều kiện địa chất tiểu vùng C-V’ klhông thuận lợi chi việc xây dựng

2.3.3 Mặt cắt địa chất :

Về mặt tổng thể , tại khu vực Tp Hồ Chí Minh và vùng phụ cận tồn tại hai kiểu mặt cắt địa chất công trình khác nhau , mỗi kiểu mặt cắt địa chất như vậy đại diện cho một dạng địa chất công trình nhất định và chứa đựng một tập hợp các đơn nguyên địa chất công trình nhất định

- Kiểu mặt cắt địa chất công trình thứ nhất : địa tầng bao gồm một tập hợp các đơn nguyên địa chất công trình như sau : đất đắp ( anQ3

III ) gồm sét, sét pha cát, cát pha sét, cát lẫn lộn gạch đá cùng các phế liệu do sản xuất và sinh hoạt, co bề dày trung bình từ 0.5÷0.8m Tiếp dưới nữa là lớp cát pha, hoặc sét pha ( aQIII ) có màu xám trắng hoặc xám vàng có bề dày trung bình 2.5÷3.5m Sau đó , gặp ngay tầng trầm tích (amN2-Q1 ), phần trên cùng của tầng trầm tích này (amN2-Q1 ) là sét pha laterit ở trạng thái cứng có bề dày trung bình khoảng 2.4÷2.5m Dưới nữa là sét pha hoặc sét loang lổ dày trung bình từ 2÷2.5m Sâu

hơn gặp sét pha tạp màu với bề dày từ 2.4÷2.5m Sau đó gặp lớp cát pha bề dày 6÷6.5m Cuối cùng là cát lẫn sỏi dày từ 7÷10m hoặc hơn

Mặt cắt địa chất dạng này thường gặp ở vùng B và một số nơi của vùng A

- Kiểu mặt cắt địa chất công trình thứ hai : địa tầng bao gồm một tập hợp các đơn nghuyên địa chất công trình khác hẳn so với kiểu thứ nhất Từ mặt đất trở xuống có thể gặp : đất đắp anQ3

III gồm sét , sét pha cát, cát pha sét lẫn gạch, xà bần cùng với phế liệu do sản xuất và sinh hoạt có bề dày trung bình từ

1÷1.5m Dưới lợp đất đắp là lớp đất bùn sét hữa cơ hoặc lớp bùn sét pha cát có xen các lớp thấu kính cát mịn ( amb-QIV2-3 ) , lớp này có bề dày trung bình thay đổi từ 5÷30m Dưới lớp này có thể gặp lớp cát mịn ( aQIV1-2 ) dày trung bình 3m , phủ trên bề mặt lồi lõm của trầm tích amN2-Q1 Thứ tự địa tầng của trầm tích amN2-Q1 cũng tương tự như kiểu mặt cắt địa chất công trình thứ nhất

Mặt cắt địa chất thứ 2 này thường gặp ở vùng C, tiểu vùng 1, II, III, C-IV, C-V, C-V’

C-Theo kết quả thăm dò địa chất công trình thì tại Thành Phố Hồ Chí Minh có thể chia làm hai khu vực đất tương đối yếu :

- Khu vực đất yếu : khu vực quận 7, quận 4, quận 8, quận 6, một phần quận 5, một phần quận Bình Thạnh, một phần Hóc Môn, một phần quận 2 Những nơi này từ trên mặt đất đã gặp lớp bùn yếu phân bố đến độ sâu 20-30m , sau đó đến lớp dảo mềm và lớp dẻo cứng có trị số SPT tăng từ 10-15 đến 35-50 Trừ phía bắc Thủ Đức sớm gặp đá gốc , còn thường đến độ sâu 60-80m vẩn là các sản phẩm trầm tích đệ tứ gồm cát hoặc sét cứng

- Khu vực tương đối yếu : loại địa tầng này thường phân bố ở phần lớn quận 1, quận 3, một phần quận 5, quận Tân Bình, quận Gò Vấp, phần lớn quận Phú Nhuận, một phần Hóc Môn và Củ Chi Ở đây thay cho lớp bùn là lớp sét laterit hoá khá cao và có bề dày tương đối ổn định từ 3 đến 5m Cường độ chịu tải của lớp laterit này khá cao vì trị số SPT thường lớn hơn 25

2.3.4 Điều kiện địa chất công trình tại khu vực nghiên cứu , quận 2 TpHCM :

Đặc điểm địa chất vùng này có lớp đất sét nhão bùn sét , bùn á sét có chiều dày từ 5 đến 15m hoặc hơn , phủ lên lớp cát mịn đấn trung Mực nước ngầm nhỏ hơn 1m

Tại trụ hố khoan khu vự Thạnh Mỹ Lợi quận 2 cho công trình Xí Nghiệp Việt Phó - quận 2 do Công Ty Tư Vấn Tổng Hợp Xây Dựng – Bộ Xây dựng lập , gồm các lớp như sau :

1/ Lớp cát đắp, màu nâu vàng, trạng thái chặt vừa dày 1.8-2.0 m

2/ Lớp bùn sét hữu cơ, màu xám xanh xám đen , độ dẻo cao , trạng thái nhão , dày 12.9 –13.3 m

3/ Lớp sét pha cát mịn, lẫn laterit sỏi sạn ,màu nâu đỏ, độ dẻo trung bình , trạng thái dẻo cứng , dày 1.8-2.4m

4/ Lớp đất sét pha cát mịn , màu vàng đậm, độ dẻo cao, trạng thái dẻo mềm , dày 5.9-6.2m

5/ Lớp cát nhỏ đến mịn , màu nâu vàng xám đen , trạng thái chặt vừa, dày 16.8-17.3 m

2.3.5 THỐNG KÊ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ-LÝ TÍNH TOÁN CỦA 3 LỚP ĐẤT CƠ BẢN THEO QUY TRÌNH 45-78 và năm 2000 (SNIP ΠB 1-62) :

Trị tiêu chuẩn Atc là trung bình số học của các trị tìm được bằng thí

nghiệm xác định theo biểu thức sau :

Trong đó : Ai : trị của mẫu đất thứ i

n : số lượng mẫu đất làm thí nghiệm Mức độ tin cậy của trị Ai của mỗi lớp đất được đáng giá theo hệ số sai lệch ν xác định theo biểu thức sau :

ν = tc

A

σ ( %) σ: sai số bình phương trung bình được xác định theo biểu thức sau :

Nếu ν > 30% thì trị số Atc lệch nhiều so với các trị Ai của n mẫu đất trong mỗi lớp , trong trường hợp này cần xem xét để chia tiếp lớp đất đang tính trị Atc

ra một số lớp nhỏ hơn cho đến khi nào trong mỗi lớp có ν ≤ 30 % thì thôi

Trị tính toán Att = K.Atc

K : hệ số đồng nhất được xác định như sau :

K = 1-ν Biểu thức tính toán các chỉ tiêu γ và các chỉ tiêu độc lập khác của đất theo Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 45-78 được xác định như sau :

Đối với lực dính c, góc ma sát ϕ ta có biểu thức sau :

Att = Atc ± tα.σ Sai số bình phương trung bình của chỉ tiêu lực dính c và góc ma sát ϕ được tính như sau :

σtgϕ = στ

Δ n

2 i

p1

2 i

-2-n

Dựa vào các công thức trên thống kê số liệu địa chất của công trình điển hình Quận 2 – TPHCM

1/ Lớp cát đắp dày 2.0m :

2/ Lớp bùn sét hữu cơ ,dày 12.6-13.2m

Trị tiêu chuẩn :

- Độ ẩm Wtc = 79.3%

- Dung trọng tự nhiên γWtc = 1.486 g/cm3

- Hệ số rỗng e0tc = 2.141

- Chỉ số dẻo Iptc = 31.4

- Góc ma sát trong ϕtc = 4o24’

- Lực dính Ctc = 0.91 T/m2 Trị tính toán :

Xác xuất tin cậy : α = 0.85

- Độ ẩm Wtt = 83.26%

- Dung trọng tự nhiên γWtt = 1.412g/cm3

- Hệ số rỗng e0tt = 2.248

- Hệ số cố kết Cv = 8,67.10-4 cm2/s ứng với σ =

- Dung trọng tự nhiên γWtt = 1.341g/cm3

- Hệ số rỗng e0tt = 2.315

- Dung trọng tự nhiên γWtc = 1.927 g/cm3

- Hệ số rỗng e0tc = 0.737

- Chỉ số dẻo Iptc = 15.6

- Góc ma sát trong ϕtc = 11o10’

- Lực dính Ctc = 2 T/m2 Trị tính toán :

Xác xuất tin cậy : α = 0.85

- Độ ẩm Wtt = 26.565%

- Dung trọng tự nhiên γWtt = 1.83 g/cm3

- Hệ số rỗng e0tt = 0.773

Xác xuất tin cậy α = 0.95

- Độ ẩm Wtt = 27.36%

- Dung trọng tự nhiên γWtt = 1.74 g/cm3

- Hệ số rỗng e0tt = 0.796

- Dung trọng tự nhiên γWtc = 1.977 g/cm3

- Hệ số rỗng e0tc = 0.654

- Chỉ số dẻo Iptc = 20.3

- Góc ma sát trong ϕtc = 15o

- Lực dính Ctc = 3.75 T/m2 Trị tính toán :

Xác xuất tin cậy : α = 0.85

- Độ ẩm Wtt = 22.995%

- Dung trọng tự nhiên γWtt = 1.878 g/cm3

- Hệ số rỗng e0tt = 0.687

- Chỉ số dẻo Iptt = 19.28

- Góc ma sát trong ϕtt = 14o15’

- Lực dính Ctt = 3.375 T/m2 Xác xuất tin cậy α = 0.95

- Độ ẩm Wtt = 23.685%

- Dung trọng tự nhiên γWtt = 1.784 g/cm3

- Hệ số rỗng e0tt = 0.708

Vùng đất Thủ Thiêm – An Phú quận 2 là vùng đất yếu có chiều dày lớp bùn sét khá lớn từ 15 đến 30m Vì vậy khi xây dựng công trình nhà cao tầng

cần phải nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý để xử lý nền đất yếu dưới

móng công trình

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA ĐẤT Ở HIỆN TRƯỜNG ( SPT) VÀ TRONG PHÒNG ( C c )

Mặc dù thời gian thực hiện đề tài là hạn hẹp nhưng học viên cũng đã dành thời gian thực hiện nghiên cứu thí nghiệm tại hiện trường cùng với phòng thí nghiệm Công ty Tư Vấn Xây dựng Tổng Hợp ( NAGECCO)

3.1.PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ NÉN TRONG PHÒNG THÍ

NGHIỆM (C c )

Các đặc tính ứng suất-biến dạng của đất quyết định độ lún mà một công trình đã cho sẽ phải chịu Độ lún của công trình đặt trên lớp sét yếu thì xảy ra chậm chạp và có thể đạt trị số lớn Sự chậm trễ về thời gian giữa lúc kết thúc thi công và sự xuất hiện khe nứt công trình do lún đã được Terzaghi nghiên cứu giải thích thành công vào 1919 Hiện tượng mà sau đó gọi là sự lún do cố kết Như vậy đối với đất yếu , đặc biệt là đất sét yếu thì ngoài độ lún tức thời – độ lún trong quá trình thi công công trình – còn có độ lún do quá trình cố kết của đất Và độ lún ổn định toàn bộ được tính theo biểu thức :

c

p

p p lg

* H

* e 1

Trong đó :

Cc : chỉ số nén của đất

e : hệ số rỗng của đất Trong đó C c xác địng bằng thí nghiệm cố kết

3.1.1 Quy định chung :

Tải trọng tác dụng nên mẫu theo từng cấp và phải bảo đảm thẳng đứng sai số cho phép của mỗi cấp áp dụng trong thời gian thí nghiệm < 3%.Để có thể xác định những trị số lún ban đầu sau khi đặt lực , động tác chất tải ở mỗi cấp áp lực phải được thực hiện nhẹ nhàng , tránh rung và không chậm quá 3s

Cấp tải trọng ban đầu để thí nghiệm mẫu có kết cấu nguyên , nên lấy ≤

áp lực thiên nhiên tác dụng lên mẫu đất

Nếu lớp đất lấy mẫu là đồng nhất và ở trên mức nước ngầm thì áp lực thiên nhiên (σtn,N/m2 hay daN/cm2 ) theo công thức (3-2 ) hay (3-2a) :

H – độ sâu lấy mẫu, m;

H1 – độ sâu mực nước ngầm kể từ mặt đất , m

γ w – khối lượng thể tích của đất nằm trên mực nước ngầm, T/m3;

104 hay 0,1 – hệ số tính đổi thứ nguyên ( để chuyển đơn vị T/m2 thành N/m2 hay daN/cm2)

Đối với đất có kết cấu không nguyên (chế bị ) thì giá trị cấp tải trọng ban đầu được xácđịnh trên cơ sở độ chặt và trạng thái của mẫu

Ghi chú : Đối với đật nén chặt bình thường, độ chặt ( hệ số rỗng) luôn luôn tương ứng với áp lực thiên nhiên Đối với đất nén chưa đến chặt thì độ chặt nhỏ hơn , còn đối với đất nén quá chặt thì lớn hơn trị tương ứng với áp lực thiên nhiên

Phương pháp hợp lí nhất xác định tải trọng nén đầu tiên là căn cứ vào độ bền kiến trúc thực tế của đất thí nghiệm: Giá trị áp lực nhỏ nhất gây ra biến dạng nén lún tức thời 0,01mm

Aùp lực lớn nhất dùng để thí nghiệm nén lún mẫu có kết cấu nguyên phải lớn hơn ít nhất 15% so với tổng áp lực do công trình và áp lực thiên nhiên ở độ sâu lấy mẫu (hay trị độ bền kiến trúc thực tế của đất ), còn đối với đất không nguyên trạng thì phải lớn hơn áp lực của công trình khoảng 1 ÷ 2.105 N/m2 (1 ÷

2daN/cm2)

Trị số các cấp áp lực nén thí nghiệm được xác định theo tính chất của đất và yêu cầu thực tế của công trình trong trường hợp cụ thể Thông thường, cấp sau lớn hơn 2 lần cấp trước

Đối với đất loại sét ở trạng thái dẻo chảy, sử các cấp 0,1; 0,25; 0,50; 1,0; 2,0 daN/cm2 Đối với đất sét, sét pha ở trạng thái dẻo mềm và dẻo cứng , dùng

các cấp 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 daN/cm2 Đối với đất cứng và nửa cứng, dùng các cấp 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 và 6,0 daN/cm2 Số lượng cấp áp lực ≥ 5 cho mỗi mẫu nén

Mỗi cấp áp lực tác dụng lên mẫu được giữ cho đến khi đạt ổn định biến dạng nén Trong những thí nghiệm thông thường thì biến dạng nén được xem là ổn định nếu ≤ 0,01mm trong thời gian ≥ 30ph đối với đất cát; 3h đối với đất cát pha; 12h đối với đất sét pha và đất sét có chỉ số Ip < 30

3.1.2 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

1 Bộ dụng cụ nén dần

2 Dụng cụ tạo mẫu gồm :

6 Đồng hồ bấm giây

7 Đĩa chứa mẫu đất để bốc hơi

8 Hộp chứa mẫu loại khuôn vòng di chuyển: loại khuôn vòng này được dùng phổ biến vì dễ thao tác và rút ngắn được thời gian thực hiện Tuy nhiên nếu mẫu đất qúa yếu thì loại khuôn vòng này phải được giữ để khởi tuột

3.1.3 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ C C :

1.Chuẩn bị dụng cụ : Lấy hai miếng đá thấm kiểm tra có vừa với hộp mẫu hay không rồi cho vào trong nước ấm để đuổi bọt khí và làm bão hòa hai miếng đá thấm – Lấy các đồng hồ đo chuyển vị chuẩn bị lực

2 Cẩn thận cắt hai mẫu đất bằng dao vòng và cho vào khuôn vòng

3 Hiệu chỉnh thiết bị đo để xác định độ biến dạng của dụng cụ với từng cấp tải ghi lại độ biến dạng ∆He.

4.a/ Đối với hộp có vòng di chuyển: cho mẫu đất vào khuôn vòng với hai miếng đá thấm ở hai đầu của khuôn vòng

4.b/ Cho khuôn vòng có mẫu và hai miếng đá thấm ở hai đầu vào hộp mẫu Gắn đồng hồ đo biến dạng nén của mẫu đất có độ chuyển vị khoảng 4 đến

bị bốc hơi Tuy nhiên nếu gặp mẫu bị trương nở thì phải lấy nước ra chỉ đắp lên trên xung quanh mẫu bằng khăn ẩm để mẫu khởi bay hơi

7 Sau 24 giờ hoặc theo hướng dẫn của phòng thí nghiệm hoặc độ lún ∆H giữa hai lần đọc đã khá nhỏ, thay cấp tải đến cấp tải kế tiếp và ghi chuyển vị của đồng hồ theo các thời điểm như ở bước 6

8 Tiếp tục thay các cấp tải Theo đề nghị lần lượt như sau:

S 25 50 100 200 400 800 1000 800 400 100 S Kpa

Trong đó S là áp lực định vị ban đầu

9 Cho mẫu đất vào đĩa, xác định trọng lượng đất+ đĩa, Sau đó cho vào là sấy trong từ 12 đến 26 giờ Cân lại vòng mẫu nếu chưa cân trước đây

10 Ngày hôm sau trở lại phòng thí nghiệm cân trọng lượng đất khô + đĩa, trọng lượng đĩa và tính trọng lượng đất khô Ms ghi vào tờ báo cáo Đồng thời tính độ ẩm và thể tích của nước trong mẫu ở giai đọan sau cùng

11 Tính chiều cao phần hạt, chiều cao sau cùng của mẫu đất và chiều cao lỗ rỗng ban đầu (Hi- Hs) Từ các số liệu này tính hệ số lỗ rỗng ban đầu và hệ số lỗ rỗng sau cùng

12 Vẽ đường cong quan hệ giữa trị số đọc trên đồng hồ và logt Xác định

D100 , Do , D50 Dùng D50 để xác định t50.

13 Vẽ đường cong quan hệ giữa trị số đọc trên đồng hồ và t Xác định

D0 , D90 rồi tính D50 và t50. Hãy so sánh với D50 t50 ở bước 14

14 Từ các số liệu đọc ở đồng hồ chuyển vị cùng với các giá trị đã tính e0,

Hs, ∆H và chiều cao trung bình H của mẫu, tính hệ số lỗ rỗng e, biến dạng ε và hệ số cố kết Cv

15 Từ các số liệu đã đọc được tính chỉ số nén Cc

3.1.4 TÍNH TOÁN SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM :

1 Tính hệ số rỗng ban đầu:

Biết chiều cao ban đầu của mẫu HI và diện tích của vòng mẫu có thể xác định:

Vt : thể tích tòan mẫu

Vs : thể tích phần hạt

Vω: thể tích của nước trong mẫu đất, xem độ bão hòa

S = 100%

M P

G

M

ϖ ϖ

=

=

ω: độ ẩm

Ms : trọng lượng phần hạt

Gω: tỷ trọng của nước

Pω : trọng lượng trọng đơn vị của nước

Chiều cao sau cùng của mẫu:

∆H : hiệu số giữa số đọc cuối Df và số đọc ban đầu DI + ∆He Thể tích sau cùng của mẫu đất :

Vωf : thể tích của nước với giả thiết S = 100%

Mω : trọng lượng của nước trong mẫu sau khi làm thí nghiệm

Chiều cao của phần hạt

A

f

Vω A: diện tích của vòng mẫu

Chiều cao lỗ rỗng lúc ban đầu:

2.Tính toán hệ số cố kết C v :

Công thức xác định độ lún cố kết của đất gia cố như sau :

St = Ut*S

Trong đó :

Ut : mức độ cố kết theo thời gian

S : độ lún ổn định của khối gia cố

Mức độ cố kết theo thời gian được tính :

Và M =

2

1)(2m+ π , với m = 0,1,2,3,… ; Trong đó :

C v : hệ số cố kết , xác định từ thí nghiệm cố kết

t : thời gian cố kết ;

H : chiều dài đường thoát nước xác định tùy theo thoát nước một phương hay hai phương

Xác định hệ số cố kết C v trong thí nghiệm cố kết bằng hai phương pháp :

A Phương pháp Logt ( phương pháp Casagrande )

a Vẽ đường cong quan hệ giữa các số đọc trên đồng hồ chuyển vị và logt

b Xác định D100 và t100 như sau ;

1 Vẽ tiếp tuyến với đọan giữa của đường cong

2 Vẽ tiếp với đoạn cuối của đường cong

3 Hai tiếp tuyến cắt nhau tại một điểm Từ điểm này chúng ta chiếu vào trục số đọc và trục số logt sẽ có được D100 và t100

c Các định Do

Chọn một thời điểm t1và thời điểm t2 = 4t1 Trên đường cong, xác định hiệu số giữa hai tung độ ứng với các hoành độ t1và t2 Vẽ đường song song với trục logt và cánh điểm ở trên đường cong ứng với hoành độ t1

một đoạn bằng hiệu tung độ nói trên Đường song song này cắt trục tung tại Do

d./ Xác định t50

Trước hết xác định D50:

Hình 3-1 Biểu đồ xác định C v ( phương pháp Casagrande )

Xác định giai đoạn cô kết thấm của đất bão hoà nước a) Bắt đầu cô kết thấm; b) Kết thúc cô kết thấm

b)

Chiếu D 50 qua đường cong logt rồi xuống trục logt sẽ có được t50

e./ Xác định hệ số cố kết Cv:

Cv =

50

2

197,0

t H

H: chiều dài lớn nhất của đường thấm trong thí nghiệm cố kết ứng với từng cấp tải

B Phương pháp t : ( phương phapù D.Taylor )

a/ Để dễ tính toán và dễ vẽ nên đọc chuyển vị lún ở các thời điểm sau : 2,4,9,16,25,36,49 ( hoặc 64) 100,…

b/ Vẽ đường thẳng đi qua các điểm nằm thẳng hàng cắt trục tung tại D0, cắt trục hoành tại điểm có độ x

c/ Vẽ đường thẳng đi qua D0 cắt trục hoành tại điểm có tọa độ 1,15x sẽ cắt đường cong t tại điểm D90 Chiếu D90 xuống trục hoành sẽ có t90

d/ Xác định hệ số cố kết Cv

Cv =

90

2

848,0

t H

Hình 3-2 Biểu đồ xác định C v ( theo phương pháp D.Taylor )

x 1.15x

Đường cong cố kết

Phương pháp xác định điểm có độ cố

kết U=90%( phương pháp D.Taylor )

t ( phút )

3 Vẽ đường cong nén lún : e-P

- Hệ số rỗng ban đầu:

e0 =

s

v H H

- Hệ số rỗng ứng với cấp tải thí nghiệm:

eI =

s

s v

H

H

Hv : chiều cao phần lỗ rỗng

Hs : chiều cao phần hạt

∆H : chiều cao phần lỗ rỗng thay đổi ứng với cấp tải thí nghiệm

- Hệ số nén lún:

e - e logp

logp

-e - e logP

e

1 o

1 o 1

o

1

= Δ Δ

- Modun biến dạng tổng quát :

Eo = β0/ a0

β0 = 1-22/(1- μ )

- Với μ : hệ số poisson

3.1.5 Kết quả thí nghiệm xác định chỉ số nén C c : trình bày trên bảng biểu sau ( hình )

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT)

Việc tính toán thiết kế nền móng phụ thuộc rất nhiều vào thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường Một trong những yết tố mà người thiết kế phải tính và bản đảm sự chính xác trong tính toán là sức chịu tải pho phép của nền đất dưới công trình Sức chịu tải của nền đất là sự kết hợp các thông số miêu tả các chuẩn số đặc tính của cả đất và công trình bên trên

Sức chịu tải cho phép là cường độ tải trọng thực cho phép lớn nhất tại đáy móng được đưa vào tính toán sức chịu tải, độ lớn và dạng lún mong đợi mà khả năng công trình đã cho sẽ lún đến chừng đó Terzaghi và Peck ( 1948 ) đề nghị một tương quan giữa sức chịu tải và giá trị xuyên tiêu chuẩn N đã hiệu chỉnh ở dạng biểu đồ dưới đây

50

100 200 300 400 500 600 700

Hình 3-3 Biểu đồ quan hệ giữa giá trị N và sức chịu tải cho phép (

theo Terzaghi và Peck )

Chiều rộng của móng và giá trị N được dùng là số liệu đưa vào và sức chịu tải cho phép qa được đọc từ trục thẳng đứng bên trái

Ngoài ra sức chịu tải còn có thể được xem xét tham khảo theo biểu đồ sau :

Hình 3-4 Biểu đồ quan hệ giữa sức chịu tải của đất và giá trị N ( SPT : Standard Penetration Test )

Đó là một trong những lý do mà thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn là một trong những thí nghiệm quan trọng cần thực hiện trong quá trình thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền

3.2.1 Quy định chung :

1.1 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) là một trong các phương pháp

khảo sát địa chất công trình phục vụ việc xây dựng các công trình khác

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách đóng một mũi xuyên có dạng hình ống mẫu vào trong đất từ đáy một lỗ khoan đã được thi công phù hợp cho thí

nghiệm Quy cách mũi tên, thiết bị và năng lượng đóng đã được quy định Số

o 2 4 6 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 1.0

àm cứng vư

øa mề

m

me àm

búa cần thiết để đóng mũi xuyên vào đất ở các độ sâu xác định được ghi lại và chỉnh lý Đất chứa trong ống mẫu được quan sát, mô tả, bảo quản và thí nghiệm như là mẫu đất xáo động

Hình 3-5 Hình đầu xuyên 1.2 Sức kháng xuyên SPT, viết tắt là N30 là số búa cần thiết để đóng mũi xuyên vào trong đất nguyên trạng 30cm với quy cách, thiết bị và phương pháp thí nghiệm quy định như những phần sau

1.3 Thí nghiệm SPT nên được sử dụng khi khảo sát địa chất công trình

trong điều kiện địa tầng phức tạp, phân bố luân phiên các lớp đất dính và đất rời bao gồm chủ yếu các lớn đất rời với độ chặt, thành phần hạt khác nhau

1.4 Khối lượng cụ thể của thí nghiệm SPT và tương qua giữa SPT với

các phương pháp khảo sát khác trong quá trình khảo sát được xác định theo các nguyên tắc chung của công tác khảo sát xây dựng

1.5 Phương pháp này bao gồm các quy định về thiết bị và phương pháp

thực hành thí nghiệm khi khảo sát địa chất công trình Giải thích, đánh giá và sử

D=38 ± 0.15mm; E=2.5 ± 0.25mm; F= 51 ± 0.15mm

dụng kết quả thí nghiệm cũng do những nhà chuyên môn có kinh nghiệm giải thích và đánh giá

1.6 Phương pháp này được dùng kết hợp với các phương pháp quy định

đã được ban hành trong các tiêu chuẩn sau :

- TCVN 4419 : 1987 – Khảo sát xây dựng Nguyên tắc cơ bản – Phần 3 Khảo sát địa chất công trình

- TCXD 160 : 1987 – Khảo sát địa chất công trình phục vụ cho thiết kế và thi công móng cọc

- TCVN 2683 : 1991 – Đất xe – Phương pháp lấy, bao gói, vận chuyển và bảo quản mẫu

- TCXD 194 : 1987 – Nhà cao tầng Công tác khảo sát địa chất công trình

3.2.2 Thiết bị thí nghiệm :

2.1 Bộ thiết bị thí nghiệp SPT bao gồm các bộ phận cơ bản sau đây : -Thiết bị khoan tạo lỗ;

- Đầu xuyên;

- Bộ búa đóng

2.2 Thiết bị khoan dùng để tạo lỗ khoan thí nghiệm Có thể sử dụng bất cứ máy và phương pháp khoan nào miễn là hố khoan đạt được yêu cầu kỹ thuật về đường kính, thành hố khoan ổn định, bảo đảm tối đa tính nguyên trạng của

đất dưới đáy hố khoan và đạt được tới độ sâu cần thiết để thí nghiệm

- Đường kính hố khoan phải nằm trong khoảng 55 ÷ 163mm

- Cần khoan thích hợp nhất cho thí nghiệm là cần có đường kính ngoài

Phần mũi là phần dưới cùng của đầu xuyên dùng để cắt khi xuyên vào

đất Các đặc trưng cơ bản của mũi xuyên là :

- Chiều dài, mm : 25 ÷ 75;

- Đường kính trong, mm : 35 ÷ 1,5mm;

- Gót vát lưỡi cắt, độ : 16 ÷ 23

Phần thân của đầu xuyên dài 450 ÷ 750m dùng để chứa đất khi mũi xuyên xuyên vào đất Phần thân, gồm hai nửa bán nguyệt ốp lại, thuận tiện cho thao tác tháo lắp khi lấy đất chứa trong chúng ra ngoài Hai đầu của ống phần

thân có ren ngoài để lắp ráp với phần mũi và phần đầu nối

Phần đầu nối của đầu xuyên dùng để nối đầu xuyên với cần khoan, có chiều dài đến 175mm Tại đây có cơ cấu bi, lỗ thoát hơi để giữ chân không bên trong đầu xuyên, hạn chế tụt mẫu trong quá trình nâng, hạ mũi xuyên và để

thoát hơi, nước trong quá trình xuyên

2.4 Bộ búa đóng dùng để tạo năng lượng đóng mũi xuyên vào đất Chúng bao gồm : quả búa, bộ gắp búa và cần dẫn hướng

Quả búa hình trụ tròn xoay, bằng thép có lỗ giữa chính tâm để có thể rơi trượt tự do theo thân dẫn hướng Búa phải có cấu tạo phù hợp với bộ gắp – nhả,

sao cho có thể dễ dàng được gắp, nhả rơi tự do từ độ cao cần thiết

- Trọng lượng búa, daN : 63,5 ± 1

- Độ cao rơi tự do, mm : 76 ± 2,5 Bộ gắp là bộ phận dùng để nâng hạn búa một cách tự động, đúng quy

định, đảm bảo búa rơi tự do, hạn chế tiêu hao năng lượng trong quá trình rơi

Cần dẫn hướng để định hướng rơi của búa, gồm có đe và thanh dẫn hướng Đe là một đế thép tiếp nhận năng lượng rơi búa, truyền xuống mũi xuyên thông qua hệ cần khoan Thanh dẫn hướng có đường kính phù hợp với đường kính lỗ giữa của búa và có cấu tạo đặc biệt giúp cho bộ phận nhả – gắp –

nhả búa đúng lúc, đạt độ cao rơi đúng quy định

2.5 Các dụng cụ phụ trợ khác cũng cần thiết trong quá trình thí nghiệm,

đó là : hộp chuyển, thước, phấn túi nilông, biểu ghi, dụng cụ đo mực nước

3.2.3 Phương pháp thí nghiệm :

3.1 Thí nghiệm SPT bao gồm lần lượt các công việc tại mỗi điểm thí

nghiệm sau đây :

- Khoan lỗ đến độ sâu cần thí nghiệm và rửa sạch đáy hố khoan;

- Tiến hành thí nghiệm;

- Quan sát và mô tả

Các công việc trên lại được tiếp tục ở các độ sâu tiếp theo Thí nghiệm được tiến hành lần lượng ở 1 ÷ 3mm độ sâu cần thiết tùy theo mục đích khảo sát và tính phức tạp của địa tầng

3.2 Khi khoan tạo lỗ, các phương pháp khoan sau có thể được áp dụng

- Khoan guồng xoắn;

- Khoan xoay với sửa bằng nước hoặc dung dịch sét

Để tránh dập hố khoan, khi cần, có thể sử dụng các ống chống vách

Lỗ khoan phải đúng vị trí, thẳng đứng, đường kính đủ lớn (55 ÷ 163mm) Thành hồ khoan phải ổn định và hạn chế tới mức tối đa phá hoại đất ở đáy hố khoan

Khi khoan ở độ sâu không lớn, trên mực nước ngầm, nên sử dụng khoan guồng xoắn Sử dụng ống chống, nếu có mặt đất yếu, đất có kết cấu không chặt

để tránh sập thành hố khoan

Khi khoan dưới mực nước ngầm, nên sử dụng khoan xoay với nước rửa

bằng nước trong đất dính và với nước rửa bằng dung dịch sét trong đất rời

Trong quá trình khoan, phải thường xuyên theo dõi tốc độ khoan, đặc điểm dung dịch khoan để nhận biết kịp thời sự thay đổi địa tầng và quyết định hợp lý độ sâu thí nghiệm Mực dung dịch khoan phải luôn luôn nằm trên mực

nước ngầm

Khi khoan gần tới độ sâu thí nghiệm, nên giảm tốc độ khoan, thao tác nâng, hạ nhẹ nhàng, nhằm hạn chế tối đa sự phá hoại tính nguyên trạng của đất

dưới đáy hố khoan, làm sai lệch kết quả thí nghiệm

Khi đã khoan gần tới độ sâu thí nghiệm, tiến hành vét đáy hố khoan, kiểm tra độ sâu, độ ổn định của thành hố khoan Khi cần thiết, có thể rửa và

làm sạch đáy hố khoan lên và thay thế nó bằng đầu xuyên

Khi hố khoan đã đủ độ sâu, đáy đã sạch, thành vách ổn định, tiến hành