Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất đá: Chương 1 - TS. Đặng Xuân Trường

Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất đá: Chương 1 Gia cố đất nền yếu phương pháp làm chặt cơ học, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chặt của đất; Một số phương pháp làm chặt cơ học. Mời các bạn cùng tham khảo!

CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ĐÁ

GIA CỐ ĐẤT NỀN YẾU

PHƯƠNG PHÁP LÀM CHẶT CƠ HỌC

(Mechanical Checking Methods)

CHƯƠNG 1

Nén chặt bằng phương pháp cơ học là quá trìnhlàm giảm thể tích phần rỗng của đất do sự phân bốlại của các hạt khoáng trong đất dưới tác dụng củatải trọng tức thời hoặc rung.

Qúa trình làm chặt liên quan đến việc đẩy khí rakhỏi đất mà không làm thay đổi đáng kể lượngnước có trong đất

Do đất được làm chặt nên các chỉ tiêu về độ bềncủa đất tăng lên, độ biến dạng và tính thấm nướccủa đất giảm xuống;

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG (1/3)

Phương pháp này được áp dụng cho các loại đất ít

ẩm và ẩm (G < 0,70), nằm ngay trên mặt, chiềusâu phân bố không lớn, đặc biệt là các lớp đấtdùng làm lớp áo phía trên;

Nén chặt đất nhân tạo được sử dụng rộng rãi trongcác lĩnh vực xây dựng giao thông, thủy lợi, sân bay

và cả trong xây dựng dân dụng & công nghiệp;

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG (2/3)

Tùy theo nguyên tắc tác dụng của các loại máymóc mà phân ra:

Lý thuyết PROCTOR (1933)

Lý thuyết HOGENTOGLER (1936)

Lý thuyết HILLF (1936)

1.2 LÝ THUYẾT VỀ NÉN CHẶT (1/1)

Tải trọng và phương thức tác dụng của tải trọng.

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHẶT CỦA ĐẤT (1/1)

Độ ẩm mà ở đó đất đạt độ chặt lớn nhất (cmax) vớimột công đầm chặt nhất định được gọi là độ ẩm tốtnhất, Wtư

Độ chặt tiêu chuẩn (tc) là độ chặt ứng với khốilượng thể tích đất khô lớn nhất của mẫu đất saukhi đầm nện theo những điều kiện chuẩn

1.3.1 ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT (1/3)

Phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn:

 TCVN 4201 – 1995

 ASTM – D698 và ASTM – D1557

 BS 1377 – 1990; Part 4

1.3.1 ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT (2/3)

Trị số độ ẩm tối ưu trung bình W tư của một số loại đất khác nhau:

Các thông số kỹ thuật khi thí nghiệm đầm nện TC:

 Số lần đập cho mỗi lớp có thể thay đổi tùy theo loại đất;

 Cần phải hiệu chỉnh kết quả TN khi đất có cỡ hạt > 5mm chiếm trên 3%.

1.3.2 CÔNG LÀM CHẶT ĐẤT (1/1)

STT Chỉ tiêu Các thông số kỹ thuật

Standard Proctor Modified Proctor

Cấp phối hạt càng không đồng nhất dung trọng khô

có thể đạt được càng cao, ngược lại, cấp phối hạtcàng đồng đều, dung trọng khô có thể đạt đượccàng thấp

Khi đất có thành phần hóa giống nhau, hạt càngthô dung trọng khô sau khi đầm nện có thể đạtđược càng cao:

 Đối với đất loại cát: c  17 ÷ 19 kN/m3

 Đối với đất loại sét: c  15 ÷ 17,6 kN/m3

Đất sét rất khó đầm chặt và tốn nhiều công khi đắp

1.3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI HẠT (1/1)

Sự nghiên cứu về ảnh hưởng của thành phầnkhoáng – hóa đến sự làm chặt của đất hiện nayvẫn chưa đầy đủ.

Đất đa khoáng khi nén dưới các áp lực từ 5 ÷ 10kG/cm2 có thể đạt được dung trọng khô lớn hơn sovới đất đơn khoáng (sét kaolinit)

Khi nén dưới áp lực lớn nhất, sét kaolinit có dungtrọng khô lớn hơn so với sét bentonite

1.3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN KHOÁNG – HÓA (1/1)

Trong một giới hạn nhất định, nhiệt độ của đấtcàng cao thì khả năng làm chặt đất càng cao vàcho độ bền cao hơn.

Nói chung, nhiệt độ tăng thì Wtư giảm, cmax tăng

Đối với đất dính, không có khả năng nén chặt khinhiệt độ thấp hơn +10C

1.3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ (1/1)

Dưới tác dụng của tải trọng, đất sẽ được nén lạichặt hơn do sự dịch chuyển và sắp xếp lại của cáchạt khoáng, trong nhiều trường hợp có thể kéotheo sự phá vỡ của các hạt hợp thể, vi hợp thể làmcho hạt đất sắp xếp chặt xít hơn.

Tải trọng vừa đủ làm cho đất có độ chặt lớn nhấtgọi là tải trọng tối ưu

Tải trọng làm chặt đất có thể là tải trọng tĩnh hoặctải trọng động, đối với đất sét nên dùng tải trọngtĩnh, còn đất loại cát nên sử dụng tải trọng động

1.3.6 TẢI TRỌNG VÀ PHƯƠNG THỨC TÁC DỤNG (1/1)

 Được sử dụng làm chặt đất loại cát, đất sét, đất có tính lún sập và đất đắp có hệ số bão hòa G < 0,7.

 Đầm thường được làm bằng bê tông cốt thép có trọng lượng 2 ÷ 4 tấn, rơi trên chiều cao 4 ÷ 5m.

 Khi thiết kế cần tiến hành các bước sau:

TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY LỚP ĐẤT LÀM CHẶT

 Chiều dày lớp đất làm chặt phụ thuộc vào đường kính, chiều cao rơi của vật đầm và đặc điểm của đất.

 Theo Berezanxev (1964), đối với đầm có trọng lượng 2

÷ 7 tấn và rơi với chiều cao 4 ÷ 8m thì chiều dày lớp làm chặt, hnc , được tính như sau:

h nc = kd

Trong đó:

d: đường kính bề mặt công tác của đầm tròn, m;

k: hệ số tỷ lệ, tùy thuộc vào loại đất cần đầm chặt, thường chọn như sau: Đối với đất loại cát k = 1,55; cát pha k = 1,45; sét pha k = 1,2 ÷ 1,3; và sét k = 1,00

1.4.1 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM RƠI (2/10)

 Đối với đất loại cát:Q = 1,2d 2 (tấn)

 Đối với đất loại sét:Q = 1,6d 2 (tấn)

Trong đó: d là đường kính vật đầm, m

1.4.1 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM RƠI (3/10)

CHỌN VẬT ĐẦM (QUẢ RƠI) – (2/3)

Khi chưa biết đường kính vật đầm, hoặc cần phảichọn đường kính vật đầm có thể sử dụng côngthức sau:

d = k 2 x h nc

Trong đó: hnc – chiều sâu nén chặt cần thiết, m

k2 – hệ số phụ thuộc vào loại đất dưới đây

1.4.1 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM RƠI (4/10)

XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM TỐT NHẤT

 Xác định bằng thí nghiệm đầm nện tiêu chuẩn.

 Xác định sơ bộ theo bảng sau:

 Trong thực tế, có thể xác định theo kinh nghiệm :

 Đối với đất loại sét: Wtn = Wl + (2 ÷ 3%)

 Đối với đất loại cát: Wtn = (0,7  e0  n) / đất

XÁC ĐỊNH ĐỘ CHỐI

 Độ lún của nền đất dưới một lần đập gọi là độ chối.

 Khi độ lún của hai lần đầm nện liên tiếp giống nhau, lúc

đó ta có độ chối đầm nện.

 Để xác định độ chối ngay tại hiện trường, sử dụng đinh thép có D = 20 ÷ 25cm dài 350 ÷ 400mm đóng vào đất trước khi đầm nện, theo dõi độ lún.

 Lập biểu đồ quan hệ giữa độ lún và số lần đầm nện.

 Theo kinh nghiệm, độ chối đầm nện ứng với Wtn bằng

1 ÷ 2cm đối với đất sét và 0,5 ÷ 1cm đối với đất cát sau

5 ÷ 12 lần đầm nện.

1.4.1 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM RƠI (7/10)

TÍNH TRỊ SỐ ĐỘ LÚN MẶT ĐẤT

SAU KHI ĐẦM NỆN

Theo kinh nghiệm, biện pháp làm chặt đất đạt tiêuchuẩn thích hợp khi độ lún sau khi đầm chặt lớnhơn 5cm đối với đất loại cát và 8cm cho sét

h e

e e

 - khối lượng riêng của đất; (2,65 ÷ 2,70 t/m3)

n - khối lượng riêng của nước, lấy bằng 1 t/m 3

c – khối lượng thể tích đất khô.

1.4.1 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM RƠI (9/10)

TÍNH LƯỢNG NƯỚC CẦN LÀM ẨM BỔ SUNG

 Lượng nước bổ sung xác định theo công thức:

c

tn

F h

Căn cứ vào khối lượng đầm lăn chia ra ba loại:

 Đầm lăn chân cừu

Đầm lăn thích hợp cho việc đầm chặt đất loại sétnhư sét, sét pha và cát pha

1.4.2 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM LĂN (1/11)

2 1

Hình:

(1): Đầm lăn mặt nhẵn.

(2) Đầm lăn bánh hơi.

(3) Đầm lăn có vấu (chân cừu)

tự hành.

(4) Đầm lăn có vấu (chân cừu) kéo theo.

1.4.2 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM LĂN (2/11)

THIẾT KẾ LÀM CHẶT BẰNG ĐẦM LĂN

Khi thiết kế làm chặt bằng đầm lăn cần tuân theo cácbước sau:

Tính toán độ chặt yêu cầu

Tính áp lực lớn nhất của đầm lăn tác dụng lên mặtđất

Tính toán chiều dày lớp đất nén chặt

Tính số lượt đầm lăn (lu) để làm chặt đất

1.4.2 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM LĂN (3/11)

TÍNH TOÁN ĐỘ CHẶT YÊU CẦU, yc

Việc chọn yc có thể dựa vào quy phạm; theo hệ sốthấm k; độ bền và các chỉ tiêu về tính biến dạngnhư độ lún, mô đun biến dạng…

Theo quy phạm, yc được xác định dựa vào thể tíchđất khô lớn nhất, yc max

yc = k c max

k – hệ số nén chặt tùy thuộc vào yêu cầu về chấtlượng đất làm chặt

1.4.2 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM LĂN (4/11)

TÍNH ÁP LỰC LỚN NHẤT CỦA ĐẦM LĂN

TÁC DỤNG LÊN MẶT ĐẤT

Khi làm chặt đất bằng đầm lăn mặt nhẵn và đầmlăn bánh hơi cần phải xác định áp lực lớn nhất max

phát sinh khi tiếp xúc giữa bánh lu và mặt đất

Nếu áp lực này lớn hơn độ bền của đất thì sinh rahiện tượng tạo sóng trên mặt đất, phía trước bánhxe

1.4.2 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM LĂN (5/11)

Đối với đầm lăn mặt nhẵn:

Trong đó:

q – áp lực tuyến tính của trọng lượng quả lăn;

E0 – mô đun biến dạng của đất;

Đối với đầm lăn bánh hơi:



Đối với đầm lăn có vấu:

 Trọng lượng cần thiết của đầm lăn có vấu:

Sét pha cát nhẹ, pha cát trung, đất bụi 7 ÷ 15

Sét pha cát loại trung và loại nặng 15 ÷ 40

Sét pha cát và sét nặng 40 ÷ 60

1.4.2 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM LĂN (9/11)

 Đối với lu bánh hơi:

Trong đó:

Q – tải trọng tác dụng lên mỗi bánh xe;

e – hệ số tính đến độ cứng của bánh xe;

p – áp suất khí trong bánh xe.

Khi áp suất khí ép trong bánh hơi là 5 ÷ 6 kG/cm 2 thì

ℎ𝑛𝑐 = 0.53𝑘1𝑘2 [𝑄]

 Đối với đầm chân cừu, chiều sâu đầm tốt nhất bằng 1,5 lần

chiều dài l của vấu đầm.

1.4.2 LÀM CHẶT ĐẤT BẰNG ĐẦM LĂN (11/11)

e

p

Q k

0 1 2

SAI SÓT TRONG KHẢO SÁT ĐẤT NỀN

thể phản ánh chính xác điều kiện thế nằm của cáclớp đất

1.4.3 MỘT SỐ SỰ CỐ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH (1/4)

MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN CÓ THỂ GÂY LÚN

Có lớp đất yếu ở một đầu công trình;

Có thấu kính đất yếu nằm dưới đáy móng;

Lớp đất yếu có chiều dày không đều;

Thành phần và trạng thái của đất thay đổi mạnh;

Nền công trình xây dựng trên đất có tính nén lúnlớn hoặc trên đất dốc

1.4.3 MỘT SỐ SỰ CỐ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH (2/4)

XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH CŨ – MỚI LIỀN KỀ

 Biến dạng nhà do đào hố móng ở gần;

 Biến dạng nhà do tác động động lực của máy thi công;

NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN

 Cấu trúc của đất nền (đặc điểm địa hình, sự phân bố, quan hệ xắp xếp trong không gian…);

 Loại công trình, đặc điểm kết cấu và quy mô của nó;

 Các yêu cầu về sức chịu tải, độ lún và độ lún cho phép;

 Nguồn vật liệu xây dựng;

 Thiết bị và thời gian thi công cho phép;

 Hiệu quả kinh tế;

 Sử dụng hợp lý tài nguyên đất và bảo vệ môi trường

1.4.3 MỘT SỐ SỰ CỐ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH (4/4)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 TS Tô Viết Nam, Các phương pháp cải tạo đất, Bài giảng,

Đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh.

 PGS.TS. Nguyễn Ngọc Bích, Các phương pháp cải tạo đất

yếu trong xây dựng, NXB Xây dựng Hà Nội, 2011.

 Một số hình ảnh từ nguồn Internet.

[M] dxtruong@hcmunre.edu.vn

[B] http://dxtruong.blogspot.com

[F] fecebook.com/officialdangxuantruong