Nghiên cứu phương pháp thực tế tính toán ổn định và biến dạng công trình nhà từ 3 đến 6 tầng trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ trong điều kiện đất yếu khu vực đồng bằng sông cửu long

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------ NGUYỄN ĐĂNG KHOA NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THỰC TẾ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

NGUYỄN ĐĂNG KHOA

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THỰC TẾ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

MÃ SỐ NGÀNH : 31 10 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

-   -

NHIỆÄM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : NGUYỄN ĐĂNG KHOA Phái : Nam

Chuyên ngành : Công Trình Trên Đất Yếu Mã số ngành : 31.10.02

I TÊN ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THỰC TẾ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NHÀ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG”

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nhiệm vụ:

Nghiên cứu phương pháp thực tế tính toán ổn định và biến dạng công trình nhà từ 3 đến 6 tầng trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ trong điều kiện đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

2 Nội dung:

PHẦN I: TỔNG QUAN

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng của công

trình nhà từ 3 đến 6 tầng trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ trong điều kiện đất yếu

PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN

Chương 2: Nghiên cứu quá trình thành tạo đất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và

Thành phố Hồ Chí Minh

Chương 3: Nghiên cứu cấu tạo móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu cho

công trình nhà từ 3 đến 6 tầng

Chương 4: Nghiên cứu các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng công trình nhà từ 3 đến 6

tầng trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

Chương 5: Tính toán ứng dụng cho công trình thực tế

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Chương 6: Nhận xét, kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 28-12-2003

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05-9-2003

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ BÁ KHÁNH - GS TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS LÊ BÁ KHÁNH GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG TH.S VÕ PHÁN Nội dung và đề cương Luận Văn Thạc Sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2003

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Thầy TS Lê Bá Khánh đã hướng

dẫn tận tình cho em trong suốt quá trình làm luận văn Thầy đã giúp cho em tiếp thu được những kiến thức mới mẻ trong ngành nền móng công trình và giúp em có thể áp dụng những kiến thức này vào trong thực tế một cách hiệu quả

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy GS.TSKH Lê Bá Lương đã tạo

điều kiện và hướng dẫn tận tình cho em trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp Thầy đã truyền đạt cho em những kiến thức quí báu qua nhiều môn học và những buổi thực tập tại các công trình thật bổ ích Tuy đã cao tuổi nhưng Thầy vẫn luôn theo sát và động viên chúng em cố gắng hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao Em không thể quên những tình cảm của Thầy đã dành cho chúng em

Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS Cao Văn Triệu và Cô PGS.TS Trần

Thị Thanh đã bỏ nhiều thời gian quí báu để truyền đạt cho em những kinh

nghiệm và lời khuyên bổ ích ngay từ đầu thời gian em làm luận văn

Con xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến Cha Mẹ và Gia Đình đã không quản

khó khăn trong cuộc sống để tạo mọi điều kiện và động viên cho con học hành đến ngày hôm nay Luận văn tốt nghiệp này như một món quà nhỏ xin tặng cho tất cả những người thân trong gia đình

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn thành luận văn này

Một lần nữa xin trân trọng biết ơn Thầy Cô và tất cả mọi người Xin chúc tất cả mọi người được nhiều sức khỏe, hạnh phúc và đạt được nhiều thành công trong cuộc sống

Trong công tác xây dựng, vấn đề chọn giải pháp xử lý nền móng cho các công trình là một vấn đề rất quan trọng Là yếu tố đảm bảo sự bền vững cho công trình trong suốt quá trình sử dụng Nhiều giải pháp nền móng hợp lý đã được ứng dụng rộng rãi trong đó phải kể đến giải pháp móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ Bên cạnh những thành công thì cũng còn nhiều vấn đề hạn chế cần phải giải quyết xung quanh công tác thiết kế móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán và lời giải cho bài toán xác định khả năng chịu tải của móng cọc theo nhiều tác giả trên thế giới đề nghị Việc xác định sức chịu tải của cọc sẽ gặp phải khó khăn khi các công thức thực nghiệm hay bán thực nghiệm đang được sử dụng cho nhiều kết quả khác nhau

Đánh giá độ lún của nhóm cọc cũng là một vấn đề quan trọng trong việc đảm bảo cho biến dạng của công trình không vượt quá phạm vi cho phép Phương pháp móng khối qui ước đang sử dụng phổ biến hiện nay nhưng không xét đến vai trò làm việc của cọc đơn trong nhóm cọc Các yếu tố ảnh hưởng đến độ lún của cọc đơn như độ cứng dọc trục, qui luật phân bố ma sát giữa đất và diện tích xung quanh cọc…đều chưa được xét đến cho dù các yếu tố này quan trọng và ảnh hưởng đáng kể đến độ lún của nhóm cọc

Trong luận văn này, qua nghiên cứu và phân tích các phương pháp tính toán làm cơ sở để giải quyết bài toán ổn định và biến dạng của công trình nhà từ 3 đến 6 tầng trên nền móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ Trong đó, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của lực ma sát đơn vị đến thành phần sức kháng ma sát bên hông cọc, nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số nhóm đến sức chịu tải của nhóm cọc, nghiên cứu phương pháp tính toán độ lún của nhóm cọc có xét độ lún đàn hồi dọc theo thân cọc để từ đó lựa chọn ra phương pháp thực tế xác định sức chịu tải cũng như độ lún của cọc đơn và nhóm cọc

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Tóm tắt luận án

Mục lục

Mở đầu

Chương 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU

1.1 Các phương pháp tính toán nền đất theo trạng thái giới hạn về khả

năng chịu tải 4

1.2 Các phương pháp tính toán nền đất theo trạng thái giới về biến dạng 5 1.2.1 Các lý thuyết biến dạng của đất nền 5

1.2.2 Các phương pháp tính toán độ lún nền móng công trình 6

Chương 2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2.1 Nghiên cứu tổng quan về đất yếu 8

2.1.1 Khái niệm về đất yếu 8

2.1.2 Bản chất và cấu trúc của khoáng vật sét 9

2.1.3 Đặc điểm chung của đất yếu 11

2.1.4 Đặc điểm biến dạng của đất sét yếu 14

2.2 Tình hình phân bố đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 15

2.3 Điều kiện địa chất công trình khu vực Tp Hồ Chí Minh 18

2.4 Mặt cắt địa chất công trình tiêu biểu cho đề tài nghiên cứu 18

2.5 Các thiết bị và phương pháp xác định sức chống cắt và góc ma sát trong của đất nền trong phòng thí nghiệm 19

2.5.1 Thiết bị thí nghiệm 19

2.5.2 Phương pháp xác định sức chống cắt và góc ma sát trong từ kết quả thí

nghiệm 20

Chương 3 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG 3.1 Nghiên cứu tổng quan về cọc 23

3.1.1 Khái niệm về móng cọc 23

3.1.2 Tiêu chuẩn phân loại cọc 24

3.1.3 Thiết bị hạ cọc 25

3.1.4 Aûnh hưởng của việc hạ cọc đến đất nền xung quanh cọc 25

3.1.5 Hoạt động của nhóm cọc 26

3.1.6 Sự phá hoại vật liệu bê tông cốt thép và cách bảo vệ 27

3.2 Cọc bê tông cốt thép 27

3.3 Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ 28

3.3.1 Khái niệm 28

3.3.2 Phạm vi sử dụng 29

3.3.3 Các ưu điểm và khuyết điểm của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ 29

3.3.4 Một số điểm cần chú ý về cấu tạo và thi công cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ 30

3.3.5 Các hình vẽ cấu tạo cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ và ảnh chụp ngoài công trường 31

Chương 4 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ 4.1 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán cọc đơn 34

4.1.1 Xác định ứng suất và chuyển vị của đất nền dưới tác dụng của lực tập trung trong nền đất được xem là bán không gian biến dạng tuyến tính 34

4.1.2 Công thức xác định ứng suất và chuyển vị của đất nền dưới tác dụng của tải trọng tập trung trên cọc đơn 35

4.1.3 Phân bố ứng suất xung quanh cọc đơn trong đất nền dưới tác dụng của tải

trọng tập trung 37

4.2 Xác định chiều dài làm việc hiệu quả của cọc đơn 38

4.3 Phân tích sự làm việc của các cọc trong nhóm 40

4.3.1 Sự làm việc của hai cọc đơn trong đất nền 40

4.3.2 Hiệu ứng nhóm cọc 41

4.4 Nghiên cứu tính toán móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng 42

4.4.1 Tải trọng tác dụng lên cọc 42

4.4.2 Các phương pháp tính toán sức chịu tải và độ lún của cọc 42

4.5 Xác định khả năng chịu tải của cọc đơn trong đất không dính 43

4.5.1 Khái niệm 43

4.5.2 Xác định khả năng chịu mũi cọc 43

4.5.3 Xác định sức kháng ma sát hông 46

4.6 Khả năng chịu tải của nhóm cọc trong đất không dính 48

4.7 Khả năng chịu tải của cọc đơn trong đất dính 52

4.7.1 Xác định khả năng chịu mũi cọc 52

4.7.2 Xác định sức kháng ma sát hông 53

4.8 Khả năng chịu tải của nhóm cọc trong đất dính 55

4.9 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo TCXD [205:1998] 57

4.9.1 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo chỉ cơ lý của đất nền 57

4.9.2 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền 58

4.10 Xác định khả năng chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm tiêu chuẩn 59

4.10.1 Thí nghiệm xuyên động tiêu chuẩn (SPT) 59

4.10.2 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) 60

4.11 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo kết quả nén tĩnh cọc 61

4.11.1 Khái niệm 61

4.11.2 Phương pháp thí nghiệm 61

4.11.3 Kết quả thí nghiệm 62

4.11.4 Phương pháp lựa chọn kết quả thí nghiệm 62

4.12 Phương pháp xác định độ lún của cọc đơn dưới tác dụng của tải trọng tập trung thẳng đứng 63

4.12.1 Khái niệm 63

4.12.2 Các phương pháp xác định độ lún của cọc đơn 63

4.13 Phương pháp xác định độ lún của nhóm cọc dưới tác dụng của tải

trọng tập trung thẳng đứng 68

4.13.1 Khái niệm 68

4.13.2 Các phương pháp xác định chuyển vị lún của nhóm cọc 68

4.14 Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp đất đắp đến sự làm việc của cọc 72

4.14.1 Khái niệm 72

4.14.2 Phương pháp tính toán ma sát âm 73

4.15 Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Plaxis dùng tính toán các công trình thực tế 81

4.15.1 Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn 81

4.15.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn 81

4.15.3 Các phương trình cơ bản 83

4.16 Phần mềm tính toán ứng dụng Plaxis 7.2 86

4.16.1 Giới thiệu lịch sử phát triển 86

4.16.2 Cấu trúc chương trình 86

4.16.3 Thông tin tham khảo về chương trình Plaxis 86

Chương 5 TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 90

Chương 6 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133

6.1 Các nhận xét và kết luận 133

6.2 Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài 136 Tài liệu tham khảo

Lý lịch học viên

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong xu thế phát triển đô thị hóa ở nước ta hiện nay, khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và Thành phố Hồ Chí Minh có tốc độ phát triển nhanh chóng Tại Thành phố Hồ Chí Minh, các công trình nhà dân dụng sử dụng cho mục đích

ở và làm việc đang được xây dựng với qui mô lớn, tập trung nhiều ở các quận trung tâm và các khu đô thị mới, trong đó các công trình nhà từ ba đến sáu tầng chiếm một tỷ lệ rất lớn trong cả nước, chủ yếu phục vụ cho nhu cầu sinh sống và làm việc của đại bộ phận dân cư

Trong công tác xây dựng, vấn đề chọn giải pháp xử lý nền móng cho các công trình là một vấn đề rất quan trọng Là yếu tố đảm bảo sự bền vững cho công trình trong suốt quá trình sử dụng Nhiều giải pháp nền móng hợp lý đã được ứng dụng rộng rãi mang lại hiệu quả cao về kỹ thuật và kinh tế, trong đó phải kể đến giải pháp móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, cọc bê tông cốt thép có tiết diện không quá (2525)cm hay còn được gọi là cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ đã được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các công trình nhà có chiều cao từ 3 đến 6 tầng, sửa chữa hay gia cố các công trình hư hỏng

Nhiều công trình nhà trên móng cọc bê tông cốt thép ở Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh thành phố khác đang gặp các sự cố về nền móng Nguyên nhân

sơ bộ là có thể do người thiết kế chưa đánh giá được đầy đủ tính chất và hoạt động của đất nền trước và sau khi xây dựng công trình

Bên cạnh những thành công thì cũng còn nhiều vấn đề hạn chế cần phải giải quyết xung quanh công tác thiết kế móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

3 XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Công tác thiết kế nền móng công trình hỏi người kỹ sư phải luôn đáp ứng ngày càng nhiều yêu cầu cao và mới mẻ của ngành kỹ thuật xây dựng Trong

đó, một vấn đề rất quan trọng trong việc thiết kế nền móng là yêu cầu đảm bảo độ ổn định và biến dạng của công trình

Do tính chất phức tạp của quy luật phân bố ứng suất trong đất, cơ chế truyền tải trọng từ công trình xuống đất nền chưa được đánh giá một cách chính xác, việc xác định chuyển vị của đất nền khi chịu tác dụng của tải trọng công trình còn gặp nhiều khó khăn Ứng xử của cọc qua nhiều thí nghiệm nhận thấy việc dự đoán không hoàn toàn như hoạt động thực tế của cọc trong đất Vấn đề xây dựng cơ sở lý thuyết cho việc tính toán ổn định và biến dạng của công trình trên móng cọc vẫn còn đang được tiếp tục hoàn thiện và đầu tư nghiên cứu nhiều hơn

Hiện nay, có khá nhiều công thức tính toán và lời giải cho bài toán xác định khả năng chịu tải cũng như tính toán độ lún của móng cọc theo nhiều tác giả trên thế giới đề nghị Việc xác định sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ khi thiết kế sẽ gặp phải khó khăn khi các công thức thực nghiệm hay bán thực nghiệm đang được sử dụng cho nhiều kết quả khác nhau Trong đó, sức chịu tải cọc nhóm cọc được đánh giá dựa trên các hệ số ảnh hưởng đề nghị của nhiều tác giả cần được kiểm chứng bằng nhiều kết quả nghiên cứu tính toán và thí nghiệm thực tế hơn nữa Do đó, việc lực chọn một phương pháp thực tế xác định sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ là một yêu cầu thật sự cần thiết

Đánh giá độ lún của cọc đơn và nhóm cọc cũng là một vấn đề quan trọng trong việc đảm bảo cho biến dạng của công trình không vượt quá phạm vi cho phép Hiện nay, có nhiều phương pháp tính toán độ lún của móng cọc đang được sử dụng như phương pháp móng khối qui ước nhưng phương pháp này không xét đến vai trò làm việc của cọc đơn trong nhóm cọc Các yếu tố ảnh hưởng đến độ lún của cọc đơn như độ cứng dọc trục của cọc, qui luật phân bố lực ma sát giữa đất và diện tích xung quanh cọc…đều chưa kể đến cho dù thực tế cho thấy các yếu tố này thật sự quan trọng và ảnh hưởng đáng kể đến độ lún của nhóm cọc

Do đó, việc nghiên cứu và lựa chọn phương pháp thực tế tính toán độ lún của nhóm cọc có sét đến sự làm việc của cọc đơn là rất quan trọng

Ngoài việc lựa chọn các phương pháp tính toán bằng các công thức lý thuyết thì công tác thí nghiệm trên cọc tại hiện trường là một yêu cầu không thể thiếu

do có kết quả đáng tin cậy nhất Thí nghiệm cho phép đánh giá lại các kết quả

tính toán và hiệu chỉnh các số liệu để có thể lựa chọn sức chịu tải cũng như xác định độ lún của cọc đơn một cách chính xác Do đó, vấn đề lựa chọn phương pháp thực tế xử lý số liệu thí nghiệm trên cọc để xác định sức chịu tải mang yếu tố quyết định đến công tác thiết kế cọc

Như vậy, việc đánh giá mức độ ổn định và biến dạng của các công trình là một vấn đề rất quan trọng và mang tính cấp thiết Do đó, việc nghiên cứu những phương pháp thực tế tính toán ổn định và biến dạng của công trình trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ là cần thiết để có thể đưa công trình vào sử dụng an toàn, tránh được những sự cố hư hỏng có thể xảy ra, mang lại những lợi ích về kinh tế va øxã hội

Cho nên, với luận văn này tác giả vận dụng các phương pháp tính toán làm cơ sở để giải quyết các bài toán có liên quan đến việc tính toán ổn định và biến dạng của công trình trên nền móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ với mong muốn giải quyết được những khó khăn công công tác thiết kế nền móng công trình

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÔNG TRÌNH

NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC

BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU 1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VỀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI

Nền đất bị phá hoại về mặt cường độ, ổn định (bị mất khả năng chịu tải) thường được gọi là nền đất đã đạt tới trạng thái phá hoại thứ nhất Khi móng bị phá hoại về cường độ thì cả khối đất dưới khối móng sẽ bị trượt đi, công trình sẽ nghiêng đổ Tuy rằng khi nền đã bị mất ổn định thì độ lún của móng rất lớn nhưng đặc điểm của sự phá hỏng về cường độ, ổn định là độ lún xảy ra một cách đột ngột Ngay trước khi nền đất bị phá hoại, bị mất khả năng chịu tải (tải trọng đạt tới trị số tải trọng cực hạn) độ lún của nền vẫn còn khá nhỏ so với so với trị số qui ước Ngược lại, khi độ lún của nền tăng dần theo tải trọng nó có thể đạt tới trị số giới hạn ngay khi tải trọng còn nhỏ hơn rất nhiều so với tải trọng phá hoại cực hạn Nói cách khác, khi nền đất đã đạt tới trạng thái cực hạn về biến dạng nhưng nó vẫn chưa bị mất khả năng chịu tải, nghĩa là vẫn chưa đạt tới trạng thái giới hạn thứ nhất

Như vậy, muốn cho nền đất không bị mất ổn định thì tải trọng tác dụng lên nền đất phải có cường độ nhỏ hơn cường độ tải trọng giới hạn phá hoại nền đất Khi tải trọng phá hoại tác dụng lên nền đất khá lớn, tại nhiều vùng trong nền ứng suất tăng quá một trị số giới hạn và mối liên hệ ứng suất - biến dạng của đất không còn là liên hệ bậc nhất nữa Vì vậy, khi tính toán nền đất theo trạng thái giới hạn về cường độ thì không thể sử dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi, không thể dùng những giả thuyết xem đất là một vật thể biến dạng tuyến tính nữa Bài toán về cường độ của nền được giải quyết theo hai phương pháp sau:

Phương pháp giải tích còn gọi là phương pháp lý thuyết cân bằng giới hạn của

môi trường rời hay phương pháp lý thuyết dẻo của đất Trong phương pháp này giả thuyết rằng dưới tác dụng của tải trọng cực hạn tại mọi điểm trong nền đất đều đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn, nghĩa là thoả mãn điều kiện cân bằng Mohr - Rankine

Kết hợp hệ thức cho biết trạng thái đất với các phương trình cân bằng sẽ có hệ phương trình cơ bản của nền ở trạng thái cân bằng giới hạn Giải hệ phương trình này sẽ xác định được các thành phần ứng suất tại đáy móng và mọi điểm trong nền đất

Phương pháp đồ giải với giả thiết trước một mặt trượt, xem như khi nền đất bị

mất ổn định do lăng thể trượt bị trượt đi Xét sự cân bằng của lăng thể trượt ở trạng thái cân bằng giới hạn ta xác định được giá trị tải trọng cực hạn phá hoại của nền đất Phương pháp đồ giải được sử dụng cho các trường hợp mà biệu thức giải tích không thể sử dụng được như trường hợp nền đất không đồng nhất gồm nhiều lớp, giá trị phụ tải hai bên móng chênh lệch nhau quá 25% hoặc móng đặt trên mái dốc

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VỀ BIẾN DẠNG

Tính toán nền đất theo trạng thái giới hạn về biến dạng hay trạng thái giới hạn thứ hai nghĩa là khống chế biến dạng của nền không cho biến dạng lớn đến mức có thể làm nứt nẻ, hư hỏng công trình bên trên hoặc làm cho công trình không thể sử dụng được nữa, thể hiện bằng điều kiện độ lún của móng phải nhỏ hơn trị số độ lún giới hạn

Đối với phần lớn các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, trong điều kiện địa chất công trình bình thường, thì trị số biến dạng thẳng đứng của nền đất hay còn gọi là độ lún có giá trị lớn hơn cả và có ý nghĩa quyết định

1.2.1 Các lý thuyết biến dạng của đất nền

Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính toán độ lún của nền móng công trình dựa trên các lý thuyết biến dạng của đất nền như sau:

- Lý thuyết nền biến dạng đàn hồi cục bộ do Fuss (1801) và Vinkler (1807) phát triển Lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ chỉ xét đến các biến dạng đàn

hồi ngay tại nơi có tải trọng ngoài tác dụng mà không xét đến biến dạng đàn hồi của đất ở vùng lân cận , bỏ qua tính chất đặc biệt của đất như một vật liệu có tính dính và tính ma sát Sử dụng mô hình nền biến dạng đàn hồi (Bán không gian đàn hồi vô hạn) cho lý thuyết này

- Lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi do Boussinesq (1885) phát triển Có xét đến biến dạng tại những vùng lân cận xung quanh diện chịu tải Nền đất là bán không gian đàn hồi có chiều dày hữu hạn, cho kết quả tính lún phù hợp với thực tế

- Lý thuyết hỗn hợp Nghiên cứu cả hai lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ và

lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi

- Lý thuyết tổng quát Sử dụng lý thuyết hỗn hợp có xét đến biến dạng dư

- Lý thuyết nền biến dạng thuyến tính (phổ biến nhất) Có sử dụng kết quả của lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi nhưng thay thế mô đun đàn hồi bằng mô đun biến dạng của đất nền

1.2.2 Các phương pháp tính toán độ lún nền móng công trình

Dựa trên trên lý thuyết nền biến dạng tuyến tính, độ lún của đất nền dưới tải

trọng được tính toán theo các phương pháp sau:

- Phương pháp cộng lún từng lớp, sử dụng kết quả của bài toán một chiều Mô hình nền sử dụng trong phương pháp cộng lún từng lớp là bán không gian đàn hồi vô hạn

- Phương pháp tính lún theo tầng chịu nén có chiều dày hữu hạn Mô hình nền là tầng đàn hồi có chiều dày hữu hạn, sử dụng môđun biến dạng E của nền đất (áp dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi)

- Phương pháp áp dụng các kết quả của lý thuyết đàn hồi Sử dụng môđun biến dạng E của nền đất thay cho môđun đàn hồi (nền đất có chiều dày vô hạn, nền đất có chiều dày hữu hạn và nền nhiều lớp) theo phương pháp của Iêgorov và Gorbunov-Pôxađov

- Phương pháp lớp tương đương (Xưtôvich) Kết hợp kết quả của bài toán nén đất một chiều và trực tiếp dùng kết quả của lý thuyết đàn hồi

- Phương pháp cộng biểu đồ ứng suất Tính toán độ lún có xét đến ảnh hưởng của các móng xung quanh

- Phương pháp tính lún có xét đến ảnh hưởng trương nở của đáy hố móng Trên cơ sở áp dụng kết quả bài toán một chiều đồng thời có những bổ sung tương ứng để xét đến tính nở hông của đất nền

Dựa trên trên lý thuyết cố kết thấm, độ lún của đất nền dưới tải trọng được

tính toán theo các phương pháp sau:

- Phương pháp tính lún của nền đất theo thời gian trong điều kiện bài toán cố kết thấm một chiều, trong điều kiện bài toán cố kết phẳng và trong điều kiện bài toán cố kết thấm đối xứng trục

Dựa trên trên lý thuyết nền đàn hồi cục bộ, độ lún của đất nền dưới tải trọng

được tính toán theo các phương pháp sau:

- Phương pháp tính lún của nền đất dưới bánh xe lăn

Như vậy, hiện nay có rất nhiều công thức tính toán sức chịu tải cực hạn cũng như phương pháp tính toán độ lún của đất nền theo đề nghị của nhiều tác giả Các phương pháp này cho các kết quả rất khác nhau, cho nên việc lựa chọn một phương pháp thích hợp có ý nghĩa rất quan trọng

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2.1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU

2.1.1 Khái niệm về đất yếu

Khái niệm về đất yếu phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất đối với tải trọng mà móng công trình truyền lên Cho đến nay khái niệm này cũng chưa thật rõ ràng, tuy nhiên đa số các nhà nghiên cứu có các quan niệm như sau:

- Đất yếu là đất có khả năng chịu tải nhỏ khoảng (0,5-1) kG/cm2, nếu không áp dụng các biện pháp xử lý thì không thể đặt trực tiếp công trình lên trên

vì dễ bị mất ổn định hoặc có độ lún vượt quá mức cho phép

- Đất yếu hầu như bảo hòa nước (sr 0.8), có hệ số rỗng lớn (thường  >0,7), hệ số nén lún lớn, mô đun tổng biến dạng nhỏ (Eo  50kG/cm2), lực dính không đáng kể (c  0.1 KG/cm2) và góc ma sát trong nhỏ ( 10o)

Đất yếu gồm các loại:

- Đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất sét

- Các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc

- Than bùn

- Các loại trầm tích bị mùn hóa

- Than bùn hoá…

Chúng rất đa dạng về thành phần hóa khoáng, nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý

Si Al

O 4+

2-3+

2+

hoặc Mg

(OH)

1-Hình 2.1: Phân tố đơn vị của khoáng vật sét

(a) Khối bốn mặt (b) Khối tám mặt

Trong thực tế thường gặp các loại đất sét yếu bão hòa nước Chúng có những tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có một số tính chất tiêu biểu cho đất yếu nói chung

2.1.2 Bản chất và cấu trúc của khoáng vật sét

Trong đất sét có hai thành phần bao gồm phần phân tán thô và phần phân tán mịn Ở phần phân tán thô, chủ yếu có các hạt nhỏ nguồn gốc lục địa (kích thước

> 0.002mm) như thạch anh, fenspat.v.v… Phần phân tán mịn gồm những hạt rất bé (kích thước 2-0.1mvà keo (0.1-0.001m, là các aluminu-silicat phức tạp chứa các ion Mg, Al, K, Ca, Na và Fe… được gọi là khoáng vật sét có cấu trúc dạng lưới-lớp Có 2 loại đơn vị cơ sở của cấu trúc dạng lưới-lớp là:

- Đơn vị khối bốn mặt gồm: một ion dương silic ở tâm với bốn ion âm oxy bao quanh

- Đơn vị khối tám mặt gồm: một ion dương ở tâm là nhôm hay magiê, bao quanh là sáu ion âm hidroxin

Cấu trúc lớp được tạo nên khi ion oxy lập liên kết đồng hoá trị giữa các đơn vị

cấu trúc cơ sở Vì vậy, một lớp silic tạo bởi khối bốn mặt được liên kết lại, có

công thức tổng quát là nSi4O10(OH)2 Các đơn vị khối tám mặt cũng liên kết lại

với nhau tại đỉnh để hình thành lớp, hoặc là lớp gipsit Al4(OH)6, trong đó ion Al3+

chiếm tại 2/3 vị trí trung tâm cho ta cấu trúc hai khối tám mặt, hay lớp bruxit

Mg6(OH)6, trong đó ion Mg2+ chiếm tất cảc các vị trí trung tâm, cho ta cấu trúc

ba khối tám mặt Trong các lớp của khối bốn mặt và tám mặt, các ion phía ngoài

có khoảng cách tương tự nên được liên kết với nhau qua ion oxy hay hidroxin

chung Có thể xảy ra hai cách bố trí cho ta cấu trúc hoặc là lưới hai lớp hoặc là lưới ba lớp Trong lưới hai lớp, các lớp khối bốn mặt và tám mặt xen kẽ nhau; trong khi sơ đồ ba lớp gồm một lớp khối tám mặt kẹp giữa hai lớp khối bốn mặt Các hạt khoáng vật hình thành khi các lớp liên kết với nhau để tạo nên khung cấu trúc Tùy theo sự xếp chồng cấu trúc lưới-lớp và ion liên kết giữa các lớp mà

nó tạo ra các loại khoáng vật sét khác nhau Có nhiều khoáng vật sét, nhưng

thường gặp nhất là ba nhóm điển hình: Kaolinite, Illite và Montmorilonite Đây

là những khoáng vật tạo nên những đặc trưng riêng của đất sét

Kaolinite: (OH)8Al4Si4O10

Được thành tạo do phong hóa đá phun trào (phún xuất), đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axít Kaolinite có thể được thành tạo khi kết tinh ngưng lắng từ dung dịch keo Kaolinite có thể phát sinh trong các điều kiện khí hậu khác nhau nhưng phải ẩm Cấu trúc của Kaolinite là cấu trúc hai lớp liên kết chắc của silic và phiến gipsit thành một tầng Đặc điểm của mạng tinh thể Kaolinite là tương đối bền, ổn định và ít có khả năng di động Các tinh thể của

Kaolinite khi hút nước trương nở không đáng kể

Montmorilonite: (OH)4Al4Si8O20.nH2O

Được thành tạo hầu như trong điều kiện ngoại sinh, chủ yếu là trong quá trình phong hoá (thủy phân) các đá phun trào trong môi trường kiềm, khí hậu khô, nửa khô, ôn hoà và ấm áp Khoáng vật này cũng có thể phát sinh ở biển với điều kiện môi trường kiềm Khi môi trường chuyển thành axít thì montmorilonite bị phá hoại và chuyển thành kaolinite hoặc các khoáng vật sét khác Phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm Cấu tạo mạng tinh thể montmorilonite là cấu trúc xếp chồng ba lớp, trong đó lớp khối tám mặt ở giữa chủ yếu là gipsit, nhưng nhôm được thay thế phần nào bằng Mg Các ion kim loại thay đổi (ion khác K+) làm cho sự liên kết các tầng yếu đi Vì vậy các phân tử nước dễ dàng xâm nhập vào giữa các lớp, tạo ra khả năng co ngót và gây trương nở mạnh Khoáng vật này có lượng ngậm nước thay đổi theo độ ẩm của môi trường xung quanh, chúng có thể hút nước từ không khí ẩm và nước cũng có thể tách ra khỏi khoáng vật để đi vào không khí nếu như không khí có độ ẩm thấp

Illites: (OH)4Ky(Al4Fe4Mg4)(Si8-yAly)O20 (y = 1…1.5)

Khoáng vật Illites được thành tạo trong môi trường biển, mica (muscovit và xerixit) bị phân hủy, một số Illites cũng được sinh ra khi octola bị phong hoá và ion kali chưa bị di chuyển hết Cấu trúc nhóm này gồm có các tầng gipsit ba lớp với ion K+ liên kết các lớp silic kề nhau So với Kaolinite, sự liên kết yếu hơn nên các hạt mỏng và nhỏ hơn

Như vậy, các khoáng vật sét không những là dấu hiệu của các điều kiện môi trường nó thành tạo mà còn có tầm quan trọng quyết định các tính chất cơ lý của đất sét Vì vậy khi đánh giá đất sét về mặt địa chất công trình cần nghiên cứu thành phần khoáng vật của chúng (đặc biệt là phần phân tán mịn) cũng như các thành phần khác trong đất

Trong trường hợp chung, đất là một hệ phân tán ba pha gồm hạt khoáng, nước lỗ rỗng và khí Tuy nhiên, do đất sét yếu thường bão hòa nước nên có thể xem chúng là một hệ hai pha: hạt khoáng và nước lỗ rỗng Theo những quan điểm hiện đại thì hạt khoáng được bao bọc bởi một màng nước gồm nhiều lớp Từ trong ra ngoài lần lượt có: nước liên kết hoá học, nước liên kết vật lý và nước tự

do Căn cứ vào sự gắn bó giữa hạt khoáng và nước liên kết, người ta quy ước tập hợp này là cốt đất Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét mang những tính chất mà những loại đất khác không có như: tính dẻo, sự tồn tại của gradien ban đầu, khả năng hấp thụ, hiện tượng xúc biến, tính chất lưu biến… từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về cường độ và tính biến dạng

2.1.3 Đặc điểm chung của đất yếu

Thành phần các loại nước trong đất sét

Trường hợp chung đất gồm ba pha: hạt khoáng chất, nước và không khí Với đất sét bão hòa nước có thể xem là một hệ hai pha: hạt khoáng và nước Pha nước trong đất giữ một vai trò rất quan trọng Nó bao gồm những dạng sau :

Nước liên kết

- Nước liên kết yếu: chiếm tỷ lệ tùy theo mức độ phân tán và thành phần

khoáng vật của đất, thành phần và hàm lượng cation trao đổi, cũng như độ ẩm của môi trường xung quanh Nước liên kết yếu có thể bốc hơi sau đó ngưng tụ lại

trên mặt đất (bị bao quanh bởi nước liên kết chặt) khi thay đổi độ ẩm và nhiệt độ không khí, có tỷ trọng lớn hơn 1 Nước liên kết yếu không trực tiếp bao quanh hạt đất nhưng vẫn có quan hệ chặt chẽ với hạt đất, được giữ lại bởi áp lực hàng chục đến hàng trăm atsmotphe Nước liên kết yếu chỉ chuyển động được khi tác dụng của độ dốc thủy lực lớn hơn độ dốc thủy lực ban đầu hoặc khi chuyển sang dạng hơi Nước liên kết yếu di chuyển chậm từ hạt đất này sang hạt đất kia dưới tác dụng của lực phân tử, từ chỗ có màng dày hơn tới chỗ có màng mỏng hơn Ngoài ra nước liên kết yếu có thể di chuyển dưới tác dụng của áp lực điện thấm

- Nước liên kết chặt (nước hấp phụ): trực tiếp bao bọc xung quanh các hạt và

được giữ lại bởi áp lực rất lớn khoảng hàng trăm đến hàng ngàn atsmotphe Vì vậy nước liên kết chặt rất khó di động Ngoài việc bao xung quanh các hạt, ở một số khoáng chất như Montmorillonite, nước hấp phụ còn chiếm khoảng không gian giữa các lớp của mạng tinh thể Nước hấp phụ có trọng lượng riêng khoảng (1,2 – 2,4) g/cm3, có tính nhớt và tính đàn hồi cao Nước hấp phụ ít có khả năng hòa tan và dẫn điện

Nước tự do

- Nước trọng lực: là loại nước thông thường trong tự nhiên, chuyển động dưới

tác dụng của độ chênh cột nước

- Nước mao dẫn: tồn tại khi đất ẩm nhiều hoặc ẩm vừa Nước mao dẫn đựơc

giữ bằng lực mặt cong tại ranh giới phân chia giữa nước và không khí Nước mao dẫn chỉ lấp đầy khe nứt và khe mao dẫn

- Nước bất động: có trong đất thấm nước yếu hoặc không thấm nước và có độ

ẩm cao Đó là nước thừa ra ngoài nước liên kết vật lý Nước bất động bị giam hãm lại ở những khoảng không gian giữa các hạt đã bị phủ bởi màng nước liên kết vật lý và không chuyển động được vì khe nứt và khe rỗng quá bé Chỉ có độ dốc thủy lực cao thì mới chuyển động được

Nước dạng hơi

Nước dạng hơi ở trong đới không khí và những chỗ mà đất đá không bão hòa Tính hút ẩm liên quan tới loại nước này Đối với đất sét yếu ở trạng thái tự nhiên, loại nước dạng hơi ít có ý nghĩa vì vậy ta không nghiên cứu kỹ

Tính chất của nước trong đất sét

- Tính dẻo là một trong những tính chất quan trọng của đất sét yếu, nó biểu

thị sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực Nhân tố chủ yếu chi phối độ dẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn 0.002mm và hoạt tính của chúng đối với nước Sét Kaolinite có chỉ số dẻo là (1-40), sét Illite là (25-40), sét Montmorilonite là (44-600) Đây là tính chất của đất không bị phá hoại (không phát sinh khe nứt hoặc phân tách các hạt đất và không có biến dạng thể tích ) do ngoại lực tác dụng mà chỉ làm thay đổi hình dạng khối đất Tính dẻo của đất xuất hiện khi độ ẩm (nước liên kết vật lý) đạt đến giá trị nhất định và chỉ chất lỏng có tính phân cực mới làm cho đất sét thể hiện tính dẻo Độ ẩm của đất thay đổi thì trạng thái của đất cũng thay đổi theo

Độ ẩm giới hạn dẻo (Wd) là độ ẩm của đất có kết cấu bị phá hoại, chuyển từ trạng thái nửa cứng sang trạng thái dẻo

Độ ẩm giới hạn chảy (Wch) là độ ẩm của đất có kết cấu bị phá hoại, chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy

Khi độ ẩm tự nhiên W nhỏ hơn độ ẩm Wd, trong đất hầu như chỉ có nước liên kết vật lý và đất ở trạng thái cứng Ở trạng thái độ ẩm Wd, các hạt đất có khả năng dịch chuyển tương đối với nhau, mà tính liên tục (liền khối) của đất không

bị phá hoại Ở trạng thái độ ẩm Wch, đất có lực dính nhỏ nhất, các hạt đất dễ dàng dịch chuyển và tách xa nhau, đất hầu như mất hết tính ổn định

- Gradient ban đầu Đất loại sét có đặc tính thẩm thấu khác thường, chỉ cho

nước thấm qua khi gradient áp lực vượt quá một trị số nào đó Trị số này gọi là gradient ban đầu (Io) Trị số Io phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần đất, dung dịch thấm qua và nhiệt độ môi trường xung quanh Sự tạo thành màng nước mỏng liên kết bao quanh các hạt đất là nguyên nhân cơ bản phát sinh gradient áp lực ban đầu Màng nước liên kết này có khả năng chống trượt, khi ứng suất tác dụng lên hạt sét vượt quá ứng suất trượt giới hạn thì cấu trúc định hướng của nước bị phá hoại và nước liên kết bắt đầu chảy như nước tự do Giá trị gradient ban đầu tăng cùng với sự giảm độ ẩm và tăng độ chặt của đất, ở đất yếu nó có giá trị tương đối nhỏ

- Độ bền cấu trúc Đây là một trong những tính chất quan trọng của đất sét yếu Nếu tải trọng ngoài tác dụng lên đất sét yếu nhỏ hơn trị số độ bền cấu trúc thì biến dạng của đất bé đến mức có thể bỏ qua, còn khi vượt quá độ bền cấu trúc thì đường cong liên hệ giữa hệ số rỗng và áp lực đất có độ dốc lớn Trị số độ bền cấu trúc của đất sét yếu khoảng (0.2 – 0.3) kG/cm2 nhưng đôi khi cũng có thể lớn hơn

2.1.4 Đặc điểm biến dạng của đất sét yếu

Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của chúng quyết định Khác với nhiều vật liệu xây dựng, đất sét yếu có khả năng nén chặt và củng cố dưới tác dụng của ứng suất Ngay cả khi áp lực bé, mức độ nén lún của chúng cũng có thể đạt đến trị số đáng kể Quá trình biến dạng ở đất sét yếu xảy ra trong khoảng thời gian dài với tốc độ chậm Biến dạng của đất sét yếu gồm có 2 loại:

Biến dạng phục hồi

gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ:

- Biến dạng đàn hồi

Trong đất sét yếu biến dạng đàn hồi không đáng kể do độ bền cấu trúc nhỏ

- Biến dạng cấu trúc hấp phụ

Dưới tác dụng của tải trọng, trong đất xảy ra một loại biến dạng do sự thay đổi chiều dày màng nước ở những chỗ tiếp xúc và bên trong những khoáng chất riêng biệt Biến dạng này liên quan đến sự chuyển dịch ít nhiều của các hạt và về điểm này nó giống như biến dạng cấu trúc Mặt khác, sự phát triển của nó phụ thuộc vào ảnh hưởng của lực hấp phụ Biến dạng cấu trúc hấp phụ một phần là thuận nghịch Chúng xảy ra dưới hình thức giảm cũng như tăng thể tích của đất Khi giảm áp lực thì biến dạng cấu trúc hấp phụï được biểu thị ở sự dịch chuyển các phân tử nước từ chỗ tiếp xúc giữa các hạt về phía lỗ rỗng, còn khi tăng áp lực thì chuyển dịch theo chiều ngược lại Để hoàn thành quá trình đó cần có một thời gian nhất định

Vì vậy, tuy biến dạng cấu trúc hấp phụ là thuận nghịch nhưng luôn kèm theo sự chậm muộn Nếu sau khi kết thúc biến dạng cấu trúc hấp phụ, xuất hiện lực dính kết củng cố do tác dụng của lực đất đá bên trên và các quá trình lý hóa

khác, thì sau khi giảm cấp áp lực đó đi biến dạng sẽ không hồi phục lại được Sau khi làm mất lực dính củng cố biến dạng cấu trúc hấp phụ lại trở nên thuận nghịch

Biến dạng cấu trúc hấp phụ của đất sét yếu cũng như các loại đất sét khác thể hiện được là do kết quả thay đổi tương quan giữa ứng suất ở các chỗ tiếp xúc của các yếu tố cấu trúc (do ảnh hưởng của tải trọng bản thân và tải trọng ngoài gây ra) và ảnh hưởng của lực hấp phụ (giữa bề mặt hạt và các phân tử nước) Nếu ứng suất ở chỗ tiếp xúc vượt quá ảnh hưởng của lực hấp phụ thì sẽ xảy ra sự dồn đuổi các phân tử nước ra khỏi các chỗ đó, kết quả là biến dạng nén Trái lại, nếu ảnh hưởng của lực hấp phụ vượt quá ảnh hưởng của ứng suất ở các chỗ tiếp xúc thì xảy ra sự bành trướng của các màng nước, lúc đó có hiện tượng trương nở Nói cách khác, biến dạng cấu trúc hấp phụ của đất sét chỉ có thể thể hiện được khi áp lực mà nó chịu vượt quá áp lực nở Các thí nghiệm nén chặt sét có thành phần khác nhau và dỡ tải tiếp sau đó cho thấy rằng cùng với sự tăng của giới hạn chảy, trị số biến dạng khôi phục tăng lên Biến dạng cấu trúc hấp phụ trong đất sét yếu, nhất là ở bùn khi tải trọng bé chỉ có tầm quan trọng thứ yếu Đối với các loại đất này biến dạng xảy ra dưới tác dụng do trọng lượng bản thân hoặc tải trọng bên ngoài, chủ yếu là biến dạng cấu trúc

Biến dạng dư

Biến dạng cấu trúc là biến dạng dư trong đó xảy ra sự trượt lên nhau giữa các hạt, các khối và sự tăng mật độ của các yếu tố cấu trúc trong một đơn vị thể tích Trong quá trình biến dạng cấu trúc, nếu ứng suất tác dụng vượt quá sức chịu do

lực dính kết tạo nên thì các hạt và các khối đất có thể bị chuyển dịch

2.2 TÌNH HÌNH PHÂN BỐ ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Theo tài liệu địa chất và bản đồ phân vùng địa chất công trình lãnh thổ Việt Nam, khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và phần lớn địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh nằm trên đơn nguyên địa hình đồng bằng thấp tích tụ trầm tích phù sa Đệ Tứ trẻ miền Tây, thuộc ven rìa Bắc của miền sụp võng rộng lớn dạng địa hào Nam Bộ Do điều kiện hình thành nên ở đây phân bố các tầng trầm tích có chiều dày lớn và biến đổi phức tạp Đặc biệt có trầm tích phù sa trẻ Holoxen gần như phủ kín khắp bề mặt khu vực có bề dày từ vài mét đến vài chục mét, một số

nơi đến (40-50)m Đặc trưng của hệ trầm tích yếu trong khu vực này là đang trong quá trình biến đổi tích tụ, phân hủy hấp thụ hóa sinh, bão hòa nước và bắt đầu vào quá trình cố kết hóa đá, cho nên các tầng đất mềm yếu đến rất yếu có khả năng chịu tải thấp và có tính biến dạng cao Theo các các kết quả khảo sát địa chất công trình cho thấy lớp trầm tích trẻ Holoxen chủ yếu là các dạng dạng đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát, sét từ dẻo mềm đến dẻo chảy, đất than bùn Dựa vào chiều dày lớp đất yếu, có thể chia khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long thành ba khu vực:

- Khu vực có lớp đất yếu dày từ (1-30)m, bao gồm các vùng ven Thành phố Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi cho đến vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đông bắc từ Vũng Tàu đến Biên Hòa, Đồng Nai

- Khu vực có lớp đất yếu dày từ (5-30)m, phân bố kế cận khu vực trên và chiếm đại bộ phận đồng bằng và khu vực Đồng Tháp Mười

- Khu vực có lớp đất yếu dày từ (15-300)m, chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Cửu Long, Bến Tre đến vùng duyên hải các tỉnh Tiền Giang, Minh Hải, Hậu Giang…

Hình 2.2: Bản đồ phân bố đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

Hình 2.3: Mặt cắt địa chất công trình tiêu biểu cho đề tài nghiên cứu

Bùn sét lẫn hữu cơ

Sét lẫn bột

Sét pha cát lẫn sỏi sạn laterit

Cát lẫn bột

- Khu vực đất tương đối yếu: diện phân bố khu vực này chiếm phần lớn Quận 1, Quận 3, Quận Phú Nhuận, Quận Tân Bình, Quận Gò Vấp, Hốc Môn và Củ Chi Cấu tạo khu vực này có lớp Laterit trên bề mặt có chiều dày từ 3-5m, tiếp theo là lớp sét pha cát, cát pha sét và cát có chiều dày từ 15m-20m, nền đất khu vực này có khả năng chịu tải tương đối cao

2.4 MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH TIÊU BIỂU CHO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Theo tài liệu báo cáo khảo sát địa chất công trình trụ sở Công ty quản lý và phát triển nhà Quận 2 do công ty Khảo sát thiết kế tư vấn Sài Gòn thực hiện năm 2001 với số lượng gồm 1 hố khoan, độ sâu 30m, tổng số 15 mẫu đất nguyên dạng dùng để thăm dò địa tầng và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất Từ mặt đất hiện hữu đến độ sâu đã khảo sát là 30m, nền đất tại vị trí xây dựng công trình được cấu tạo bởi 6 lớp đất thể hiện rõ trên hình trụ hố khoan Giá trị các chỉ tiêu cơ lý của đất được thể hiện trong chương 5

2.5 CÁC THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT VÀ GÓC MA SÁT TRONG CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 2.5.1 Thiết bị thí nghiệm

Sử dụng máy cắt trực tiếp thí nghiệm với ba mẫu đất, ứng với mẫu số 1 với áp lực nén 1 ta có ứng suất cắt phá hoại 1 Tương ứng số cho 2 mẫu còn lại ta có (2, 2) và (3, 3)

Trong thí nghiệm cắt trực tiếp bằng phương pháp cắt nhanh không thoát nước, ngay sau khi đặt ứng suất pháp  ta tác động ngay lực cắt T với vận tốc nhanh (từ 1mm/phút đến 2mm/phút) để tìm ứng suất chống cắt cực đại  Như vậy, sau khi đặt ứng suất pháp  áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xuất hiện trong mẫu đất, và trong suốt quá trình cắt nhanh áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiếp tục thay đổi nhưng chúng ta không đo đạc chúng Kết quả thu được qua ba lần thí nghiệm với các giá trị ứng suất pháp  và ứng suất cắt  khác nhau, vẽ đường thẳng qua ba điểm (i, i) xác định được hai giá trị c,  của mỗi mẫu đất

2.5.2 Phương pháp xác định sức chống cắt và góc ma sát trong từ kết quả thí nghiệm

Vấn đề xử lý số liệu từ các kết quả thí nghiệm được giải quyết bằng cách sử dụng phương pháp quy phạm Phương pháp này dùng trị tiêu chuẩn (Atc) và trị (Att) để đánh giá đất nền

- Trị tiêu chuẩn là trị trung bình số học của các trị tìm được bằng thí nghiệm của một loại chỉ tiêu nào đó của đất nền Trị này xác định theo biểu thức sau:

n

A A

A - trị của mẫu đất thứ i

n - số lượng mẫu đất làm thí nghiệm, thường n=610

Mức độ tin cậy của trị Atc của mỗi lớp đất được đánh giá theo hệ số sai lệch xác định theo biểu thức sau:

n

i

tc i



Nếu >30% thì trị Atc sai lệch nhiều so với các trị Ai của n mẫu đất trong mỗi lớp Trong trường hợp này cấn xem xét để chia tiếp lớp đất đang tính trị Atc ra một số lớp nhỏ hơn đến khi nào trong mỗi lớp có 30%

- Trị tính toán được xác định như sau:

tc tt

A k

Hệ số đồng nhất k của đất nền được xác định như sau: k=1-

Hệ số biến thiên: tc

A



  với  là độ lệch quân phương của tập hợp

Sử dụng phương pháp thống kê bình phương nhỏ nhất để xác định các giá trị

c,  từ kết quả thí nghiệm các mẫu đất

Số lượmg mẫu thí nghiệm:

- Số lượmg mẫu thí nghiệm của một mẫu đất lớn hơn 6 mẫu: sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất

- Số lượmg mẫu thí nghiệm của một mẫu đất nhỏ hơn 6 mẫu: sử dụng phương pháp trung bình số học của những trị số riêng

Phương pháp bình phương nhỏ nhất:

Trong mỗi thí nghiệm, ở từng cấp áp lực nén p i ta xác định được trị số sức chống cắt của đất là i Xây dựng đường biểu diễn sức chống cắt giới hạn đại diện chung cho cả tập hợp, các thônhg số tc

c , tc Tại áp lực nén p i sức chống cắt của đất theo đường đại diện này là (p itgtcc tc) Tổng các chênh lệch giữa đường sức chống cắt giới hạn đại diện được xây dựng với các số liệu thí nghiệm là giá trị

tc i

tc i

 - giá trị ứng suất cắt

n = cấp áp lực nén  số mẫu thí nghiệm

Giải hai phương trình trên được giá trị:

1 1 1

2

1

i n

i i n

i i n

i i n

i i tc

p p

i i n

i i i tc

p p

n

1 1

2

)(

i

p n

Độ lệch quân phương được xác định theo biểu thức:

i tg c p

2)(

1 21

do (n-2), tra bảng xác định giá trị t Giá trị sức chống cắt c tính toán và góc

ma sát trong tính toán:

t c

tt tc  tg

t tg

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO

CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG

3.1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CỌC

3.1.1 Khái niệm về móng cọc

Cọc và móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm, khoảng 12.000 năm trước những người dân thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử các cọc gỗ cắm xuống đất để xây dựng nhà ở trên hệ cọc này Ngày nay, móng cọc cũng được sử dụng với mục đích tương tự để có thể xây dựng trên những vùng đất có điều kiện địa chất không thuận lợi cho móng nông

Chức năng chung của cọc là truyền tải trọng xuống tầng đất sâu ở những nơi mà tầng đất nông không đủ chịu lực Khi cọc xuyên qua lớp đất yếu và cắm vào lớp đất tốt thì gọi là cọc chống Còn khi mà cọc được hạ vào trong tầng đất mà sức chịu của đất không lớn, sức chịu của cọc dựa vào lực ma sát ở mặt bên cọc thì được gọi là cọc ma sát Sức chịu tải của cọc sẽ tăng lên rất nhiều khi sử dụng cả lực chống đầu cọc và cả lực ma sát bên hông cọc

Cọc chịu kéo được dùng để chống lại moment trong các kết cấu cao, các lực kéo lên và dùng cho các kết cấu chịu lực nhổ, chẳng hạn kết cấu có móng nằm dưới mực nước ngầm hoặc các bể chứa chôn sâu

Cọc chịu tải trọng ngang là cọc chịu tải trọng đặt nghiêng một góc nào đó so với trục của nó, chẳng hạn như móng tường chắn Nếu cọc được hạ nghiêng một góc so với phương thẳng đứng thì gọi là cọc xiên

Cọc có thể chịu tải trọng động khi có tải trọng động đất hoặc cọc dưới các móng máy Các cọc có thể làm bằng thép, bê tông, bê tông cốt thép, gỗ và composit

3.1.2 Tiêu chuẩn phân loại cọc

Những thông tin về cọc trong một số tài liệu cho thấy có thể phân loại cọc theo nhiều cách khác nhau nhưng tất cả các phương pháp này có thể dựa vào một trong năm đặc điểm sau:

- Phân loại cọc theo vật liệu Được căn cứ vào vật liệu chính làm cọc để chia thành các loại cọc gỗ, cọc bê tông, cọc thép và cọc composit Trong đó cọc bê tông có thể đúc tại chổ bằng cách đổ bê tông vào hố khoan trước hoặc có thể là cọc bê tông đúc sẵn sau đó hạ vào đất nền Cọc bê tông đúc sẵn có thể là cọc bê tông cốt thép hoặc là cọc bê tông cốt thép ứng suất trước Các loại cọc thép phổ biến nhất là cọc thép ống và cọc tiết diện chữ H

- Phân loại cọc theo phương pháp chế tạo Có thể phân loại cọc nếu chúng được chế tạo sẵn hay đúc tại chổ Cọc gỗ và cọc thép luôn luôn được gia công trước, còn cọc bê tông có thể được đúc sẵn hoặc là đúc tại chổ

- Phân loại theo mức độ ảnh hưởng của nền đất trong thời gian đóng cọc

Cọc dịch chuyển lớn Thường được hiểu là cọc làm dịch chuyển đất trong quá

trình hạ xuống đất như cọc đóng, cọc ép hay cọc hạ bằng phương pháp rung

Cọc dịch chuyển nhỏ Là những loại cọc làm dịch chuyển đất tương đối ít

trong khi hạ cọc Những loại cọc này bao gồm cọc thép tiết diện chữ H, cọc chống không bịt đầu, cọc thép tiết diện hình hộp và cọc ống không bịt đầu

Cọc không dịch chuyển Là loại cọc không làm dịch chuyển đất trong khi hạ

cọc Những cọc này được thi công bằng cách khoan tạo hố trong đất nền, sau đó đặt cọc đúc sẵn xuống hố mà thể tích của cọc tương đương với lương đất đã được chuyển lên hoặc đổ bê tông xuống hố khoan còn gọi là cọc khoan nhồi

Cọc hỗn hợp Là loại cọc được hình thành bằng cách phối hợp những thành

phần và cách cấu tạo như các loại cọc nói trên

- Phân loại cọc dựa vào các phương pháp hạ cọc Có thể chia thành các loại cọc đóng hoặc ép, cọc khoan, cọc kết hợp cả đóng và khoan Phương pháp hạ cọc có thể ảnh hưởng lớn tới khả năng chịu tải của cọc Phương pháp hạ cọc cũng có thể ảnh hưởng tới kết cấu bên cạnh Như sự dịch chuyển không mong muốn, rung động và có thể gây phá hoại kết cấu Nhiều số liệu nghiên cứu về

ảnh hưởng của việc hạ cọc như cọc đóng trong đất xốp và đất ướt gây ra sự dịch chuyển đất nhiều hơn so với các phương pháp khác

- Phân loại cọc dựa vào phương pháp truyền tải trọng từ cọc vào đất xung quanh cọc có thể chia thành các loại cọc chống, cọc ma sát, cọc chống và cọc

ma sát phối hợp, cọc chịu tải trọng ngang

3.1.3 Thiết bị hạ cọc

Các loại thiết bị dùng để thi công cọc phục vụ cho hai phương pháp chính hạ cọc là thiết bị thi công cọc đóng hoặc ép và các thiết bị khoan bao gồm các loại búa đóng cọc, các loại máy ép cọc, các loại máy khoan mũi tạo lỗ và khoan quay dùng chuyển đất đá ra khỏi lỗ khoan

3.1.4 Ảnh hưởng của việc hạ cọc đến đất nền xung quanh cọc

Aûnh hưởng của quá trình hạ cọc chính là làm xáo trộn đất nền xung quanh cọc Khi hạ cọc thì đất sét và cát có những ứng xử khác nhau

- Đối với đất sét, khi hạ cọc sẽ làm thay đổi cấu trúc của đất xung quanh cọc, làm biến đổi trạng thái ứng suất trong đất ở vùng lân cận cọc, tiêu tán áp lực kẻ rỗng dư xung quanh cọc, xảy ra hiện tượng biến đổi độ bền theo thời gian trong đất Sự khác nhau quan trọng giữa hoạt động của cọc dưới tác dụng của tải trọng động và tải trọng tĩnh rõ rệt là ảnh hưởng của thời gian, do đó chúng tỏ ra khác nhau lớn nhất giữa hoạt động và hoạt động tĩnh Aùp lực kẽ rỗng phát triển trong quá trình hạ cọc vào trong đất nền Các số đo áp lực kẽ rỗng dư phát triển trong đất do quá trình hạ cọc cho thấy rằng áp lực này ở sát thân cọc có thể bằng hoặc thậm chí lớn hơn áp lực quá tải hiệu quả Trong vùng lân cận của cọc, áp lực kẽ rỗng dư phát sinh rất cao, trong một số trường hợp có thể xấp xỉ từ 1,5 đến 2 lần ứng suất thẳng đứng hiệu quả tại đó và thậm chí có thể gấp 3 đến 4 lần ứng suất hiệu quả thẳng đứng ở gần mũi cọc Tuy nhiên nó sẽ giảm nhanh theo khoảng cách kể từ cọc và nói chung sự tiêu tán cũng rất nhanh

- Đối với đất cát, phương pháp hạ cọc thường dùng là đóng, ép hoặc dùng máy rung Dao động do việc đóng cọc vào cát gây ra ảnh hưởng làm tăng độ chặt của cát, làm tăng giá trị áp lực ngang xung quanh cọc Các thí nghiệm xuyên cát trước và sau đóng cọc cho thấy quá trình đóng cọc đã làm tăng độ chặt của cát với khoảng cách xung quanh khoảng 8 lần đường kính cọc tính từ tâm

cọc Do tăng mật độ nên đã làm tăng góc ma sát Đóng cọc làm cho đất dịch chuyển theo phương ngang và do đó làm tăng ứng suất theo phương ngang tác dụng vào cọc

Ảnh hưởng của cọc làm chuyển vị nền đất và công trình do việc hạ cọc Việc hạ vào đất nền gây ra trồi đất xung quanh cọc và gây ra áp lực kẽ rỗng dư làm cố kết đất sét và sự tiêu tán áp lực kẽ rỗng Chuyển động này có thể ảnh hưởng quan trọng tới các công trình xung quanh Những cọc đóng sau có thể đẩy trồi cọc đóng trước Để tránh đẩy trồi các công trình bên cạnh hoặc các cọc đã hạ xuống trước, người ta có thể sử dụng phương pháp khoan

3.1.5 Hoạt động của nhóm cọc

Các cọc được hạ thành nhóm với khoảng cách giữa các cọc từ 3 đến 4 lần đường kính hay cạnh cọc Nếu các cọc này là cọc ma sát thì ứng xử của các cọc trong nhóm hoàn toàn khác với ứng xử của cọc đơn Với cọc chống thì có thể không thấy có dấu hiệu khác nhau như vậy Cọc chống thường xuyên một đoạn ngắn vào tầng dưới đất có khả năng chịu lực tốt và cọc truyền tải trọng cho đất nền trong phạm vi vùng ứng suất có dạng quả bầu áp lực dưới mũi cọc Nếu tầng đất này và các tầng đất phía dưới có khả năng chịu tải lớn thì mỗi cọc trong nhóm sẽ chịu tải như nhau và như một cọc đơn Nếu lớp đất dưới mũi cọc có khả năng nén được thì độ lún của nhóm cọc có thể sẽ lớn hơn nhiều so với độ lún thu được trong thí nghiệm nén cọc đơn, mặc dù áp lực chống có thể nhỏ hơn giá trị cho phép Điều này là do có sự chập vùng ứng suất dưới mũi cọc, và nhóm cọc sẽ hoạt động như một thể thống nhất

Chiều rộng hiệu quả của nhóm cũng gấp một số lần so với cọc đơn Tuy nhiên, nếu tầng đất chịu lực không nén được và không có tầng đất mềm hơn dưới mũi cọc thì độ lún của nhóm cọc chống có thể bằng với độ lún khi thử tải của cọc đơn Trong một nhóm gồm nhiều cọc ma sát đặt gần nhau thì hoạt động của các cọc có phần chập lên nhau nên sự phân bố tải trọng lên các cọc khác nhau cũng không giống nhau

Như vậy, đối với móng cọc ma sát thì sự phân bố tải trọng của các cọc khác nhau sẽ rất khác nhau Các cọc ở giữa sẽ có độ lún lớn hơn so với các cọc biên

vì chúng có lực ma sát bên hơi lớn hơn so với trường hợp các cọc lún đều Nhưng

vì tất cả các cọc trong nhóm lún gần như nhau nên mỗi cọc biên phải chịu tải trọng lớn hơn so với các cọc phía trong Để đánh giá sơ bộ khả năng chịu tải của cọc ma sát có thể xem xét sức kháng ma sát dọc theo chu vi của cọc do sự tiếp xúc giữa đất và cọc Thông thường cọc ma sát được đóng thành nhóm, khoảng cách giữa các cọc từ 3 đến 4 lần đưừng kính cọc Nhóm cọc có thể bị phá hoại dưới tác dụng của tải trọng trung bình trên một cọc nhỏ hơn tải trọng phá hoại của cọc đơn Khả năng chịu tải của nhóm cọc có thể được xác định bằng việc

xem xét sự phá hoại dọc theo chu vi của nhóm cọc

3.1.6 Sự phá hoại vật liệu bê tông cốt thép và cách bảo vệ

Cọc bê tông có thể bị hư hỏng do những điều kiện phá hoại như phá hoại do một số hoá chất có trong nước ngầm, phá hoại do muối trong nước biển, phá hoại do ứng suất khi vận chuyển và trong quá trình hạ cọc vào đất nền

Có rất nhiều phương pháp bảo vệ cọc bê tông chống lại sự phá hoại của môi trường Những phương pháp đó bao gồm quét nhựa đường, bọc bằng chất dẻo, xử lý bằng hoá chất… Việc lựa chọn các phương pháp bảo vệ cọc nên dựa vào kinh nghiệm tại địa phương, những đặc trưng của môi trường đất nền, nước ngầm, và tuổi thọ của công trình

3.2 CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP

Cọc bê tông cốt thép có thể được phân thành 3 loại chính như sau

- Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

Những cọc này được đúc, xử lý và bảo quản trước khi hạ vào trong đất nền, phần lớn bằng cách đóng hoặc ép Loại cọc này có một số dạng tiết diện như hình vuông, hình tròn, hình bát giác, cát loại cọc rỗng ruột để giảm trọng lượng và tăng khả năng chịu tải trọng ngang Cọc bê tông cốt thép có tác dụng truyền những tải trọng lớn xuyên qua tầng đất yếu tới tầng đất cứng như một cọc chống Chúng cũng phù hợp khi sử dụng như cọc ma sát trong các lớp đất sét, cát hay sỏi

Cọc bê tông đúc sẵn có thể được chia nhỏ thành 2 loại cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông ứng suất trước Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn có thể cấu tạo dài từ 10 đến 15m Những cọc này bao gồm bộ khung cốt thép ở phía trong có các thanh thép dọc Thép đai có thể dùng đai đơn hoặc đai hình xoắn ốc Để

chịu những xung lực khi hạ cọc, thép đai ở hai đầu cọc được đặt dày hơn Trong cọc bê tông ứng suất trước, những thanh thép hoặc lưới thép được kéo căng thay cho những thanh thép dọc thông thường Những thanh thép này được neo theo dạng xoắn thông thường Cọc bê tông ứng suất trước có thể phân thành cọc ứng suất trước căng trước hoặc căng sau Cọc bê tông ứng suất trước căng trước thường được đúc toàn bộ chiều dài Cọc bê tông ứng suất trước căng sau được sản xuất từng phần rối sau đó có thể lắp ráp và tạo ứng suất trước tới chiều dài yêu cầu từ trong nhà máy hay tại công trường

Cọc bê tông ứng suất trước rất phù hợp với những điều kiện đòi hỏi những cọc dài có khả năng chịu tải Những cọc này thường dài hơn và nhẹ hơn cọc bê tông cốt thép đặc thông thường Cọc bê tông ứng suất trước cũng có tuổi thọ cao hơn cọc bê tông cột thép thông thường do bê tông ở trong điiều kiện nén liên tục Quá trình nén liên tục sẽ ngăn ngừa được hiện tượng rạn nứt trong quá trình hạ cọc đồng thời cũng làm kín các vết nứt nhỏ Ngoài ra, các hoá chất có hại sẽ không dễ dàng thâm nhập được vào khối bê tông

- Cọc bê tông cốt thép đúc tại chổ

Là những loại cọc được thi công bằng cách đổ bê tông vào trong một hố khoan được tạo trước trong nền đất Những cọc này có ưu điểm hơn so với cọc bê tông đúc sẵn ở những điểm sau: cọc bê tông đúc tại chổ không cần khuôn đúc và kho bãi cất giữ, không cần nối hoặc cắt, chỉ cần tính toán chịu được tải trọng công trình vì chúng không cần nâng chuyển Chiều dài cọc có thể điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu công trường

- Cọc bê tông cốt thép hỗn hợp Là những loại cọc được chế tạo bằng cách

nối những đoạn vật liệu khác nhau tạo thành cọc Vì vậy có thể kết hợp được những ưu điểm của cả hai loại cọc bê tông đúc sẵn và cọc bê tông đúc tại chổ

3.3 CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ

- Sử dụng cho công trình dân dụng và công nghiệp có tải trọng trung bình

3.3.2 Phạm vi sử dụng

Hiện nay, các công trình nhà từ 3 đến 6 tầng chiếm một tỉ lệ lớn trong ngành xây dựng Đời sống xã hội ngày càng tốt hơn nên nhu cầu về nhà ở và nhà làm việc ngày càng cao, người dân chủ yếu xây dựng nhà ở có nhiều tầng hơn so với nhiều năm trưức đây chỉ khảng từ 2 đến 3 tầng Kinh tế phát triển, càng có nhiều công ty ra đời đòi hỏi cần có trụ sở làm việc do đó số lượng nhà có qui mô từ 3 đến 6 tầng ngày càng phát triển

Mặt khác, do có nhiều ưu điểm hơn so với các loại móng khác mà móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ được sử dụng rất rộng rãi ở nước ta trong ngành xây dựng

3.3.3 Các ưu điểm và khuyết điểm của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

Ưu điểm của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ dùng để xây dựng các công trình có tải trọng trung bình trên những khu vực đất yếu mà móng nông không đủ khả năng chịu lực

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ có giá thành tương đối rẻ về mặt sử dụng vật liệu sẵn có như cát, đá, sỏi là những loại vật liệu thường có sẵn ở nhiều địa phương và vật liệu xi măng là một trong những sản phẩm được sản xuất rộng rãi ở nước ta

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ được sử dụng bằng vật liệu bê tông cốt thép cho nên ít bị tác dụng phá hoại của môi trường thiên nhiên hơn so với các loại cọc khác như gỗ hoặc thép

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ được chế tạo sẵn tại nhà máy hoặc công trường đều có thể chủ động cung cấp đầy đủ số lượng cho yêu cầu và tiến độ của công trình mà không phụ thuộc vào tài nguyên thiên nhiên so với sử dụng cọc gỗ hay cừ tràm

- So với các phương án móng khác như móng băng trên nền cừ tràm hay móng bè trên nền cừ tràm thì móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ có mức độ

an toàn cao hơn do được tính toán và được thử nghiệm sức chịu tải tại công trường bằng phương pháp thử tải cọc Mặt dù hiện nay đã có qui trình thử tải

trên cừ tràm nhưng không thể đánh giá đầy đủ sự làm việc và chất lượng của cừ tràm trong đất nền so với cọc bê tông cốt thép

Một số khuyết điểm của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ được chế tạo bằng vật liệu bê tông cốt thép cho nên có thể bị tác dụng phá hoại tương đối cao nếu sử dụng ở những địa phương có nước nhiễm mặn, chủ yếu do độ xốp rỗng của bê tông cũng như các vết nứt có chiều rộng lớn làm cho nước mặn hoặc hơi nước mang theo muối thâm nhập qua bê tông tác dụng đến cốt thép làm cốt thép bị rỉ, đường kính cốt thép tăng lên làm cho bê tông bị nứt đưa đến phá hoại cấu kiện

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ thường được chế tạo sẵn tại nhà máy sau đó vận chuyển tới công trường Trong quá trình vận chuyển, ứng suất trong cọc thường phát sinh lớn làm cho cọc hay bị nứt do bê tông là loại vật liệu có khả năng chịu kéo kém

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ chế tạo tại công trường thường không đảm bảo tốt yêu về vật liệu khi thi công so với đúc sẵn tại nhà máy như bê tông có độ xốp cao do không đầm đầy đủ, chất lượng bề mặt bê tông không tốt do sử dụng nhiều chủng loại cốp pha không đúng qui cách, vật liệu không đảm bảm đồng nhất về chất lượng và điều kiện thi công không đảm bảo như độ ẩm quá cao hoặc quá thấp (trời mưa hay nắng nóng)

- Trong quá trình thi công hạ cọc vào đất nền, cọc thường bị lệch tâm do nguyên nhân như thiết bị hạ cọc không đúng qui cách do quá cũ hay các thiết bị không đồng bộ hoặc khi hạ cọc cạnh các công trình kế cận, thiết bị hạ cọc phải đặt về một bên cho nên tải trọng tác dụng lên cọc không đúng tâm làm cho cọc

bi xiên và lệch tâm Khi hạ cọc gặp phải tầng đất cứng mà cọc vẫn chưa đạt độ sâu thiết kế thì đơn vị thi công thường tăng tải lên cọc làm cho cọc có nguy cơ bị vỡ đầu cọc hay gãy cọc

3.3.4 Một số điểm cần chú ý về cấu tạo và thi công cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

- Do tiết diện cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ không lớn hơn 25cm cho nên cốt thép trong cọc phải được định vị chính xác tránh tình trạng không đảm bảo đủ chiều dày lớp bê tông bảo vệ làm cho cọc có thể bị nứt và cốt thép bị ăn mòn

50 100 50

1000

100 1500

250

200 2Þ16

2Þ16

Hình 3.1: Cấu tạo cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ (25cm×25cm)

- Chi tiết nối cọc cần phải được thiết kế và thi công đúng yêu cầu kỹ thuật tránh trường hợp đơn vị thi công chế tạo bản thép không đủ chiều dày, lớp cốt đai gần đoạn nối không đủ số lượng, đường hàn không đạt yêu cầu có thể làm cho bê tông đoạn nối cọc có thể bị phá hoại

- Trong quá trình thi công cần chọn đúng thiết bị hạ cọc tránh trường hợp như chọn búa đóng có công suất lớn quá có thể làm vỡ đầu cọc nhưng cọc vẫn không đạt đúng độ sâu thiết kế do đó phải chọn loại búa có công suất nhỏ hơn thì cọc mới có thể hạ xuống đúng độ sâu cần thiết

- Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ thường bị lệch tâm khi hạ cọc, do đó để khắc phục hiện tượng này cần phải sử dụnbg thiết bị thi công đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và trong quá trình thiết kế nên chọn khoảng cách các cọc nên lớn hơn 3 lần đường kính cọc để cho khoảng cách giữa các tim cọc luôn lớn hơn 3 lần đường kính do cọc có thể bị lệch khi thi công

3.3.5 Các hình vẽ cấu tạo cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ và ảnh chụp ngoài công trường

Hình 3.2: Cấu tạo cốt thép và bản nối cọc bê tông cốt thép tiết diện (2525)cm

Hình 3.3: Công tác đúc cọc bê tông cốt thép tiết diện (2525)cm tại công trường